RU2570603C2

RU2570603C2 - Medium-wave infrared semiconductor diode

Info

Publication number: RU2570603C2
Application number: RU2011152863/28A
Authority: RU
Inventors: Наталья Дмитриевна Ильинская; Борис Анатольевич Матвеев; Максим Анатольевич Ременный
Original assignee: ООО "Иоффе ЛЕД"
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2015-12-10
Also published as: RU2011152863A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to semiconductor devices designed to detect and emit infrared radiation at room temperature and can be used, for example, in devices which measure characteristics of media containing gaseous hydrocarbons and in fibre-optic sensors which measure the composition of a liquid by vanishing wave method, for which said band coincides with the fundamental absorption maximum of the measured component, for example, alcohol or petroleum products. A medium-wave infrared semiconductor diode (1) comprises a heterostructure with a substrate (2) and flat epitaxial p- and n-regions (3, 4), a p-n-junction (5), contacts (6, 7), etching mesastructure (10), wherein the contact (7) of the inactive region (8) is situated laterally from the active region (9), and the cross dimension thereof is selected based on the maximum mesastructure dimension, and the minimum distance between edges of the mesastructure and the chip is selected based on the size of the chip. The mesastructure has an extension in the direction towards the light-outputting surface and, like contacts, has a rounded rectangular shape.

EFFECT: diode according to the invention provides high brightness and photosensitivity to radiation in the middle infrared region of the spectrum.

17 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для детектирования и испускания инфракрасного (ИК) излучения при комнатной температуре. Имеется обширная область оптического приборостроения, где средневолновые источники спонтанного излучения и фотоприемники, например, имеющую рабочую полосу близи 3.4 мкм, могут оказаться незаменимыми для устройств, измеряющих характеристики сред, содержащих газообразные углеводороды, и для волоконно-оптических датчиков, измеряющих состав жидкости по методу исчезающей волны, для которых указанная полоса совпадает с максимумом фундаментального поглощения измеряемого компонента, например, спирта или нефтепродуктов. В работе [1] приводятся данные о создании достаточно простого, быстродействующего и малогабаритного дистанционного ИК анализатора на основе светоизлучающих диодов на основе гетероструктур InAs/InAsSbP с длиной волны излучения λ_max=3.3 мкм, шириной спектральной полосы излучения 0.4 мкм, и фотодиодов p⁺-InAsSbP/n-InAs с удельной обнаружительной способностью D^* _λmax=6·10⁹ см·Гц^1/2/Вт [2], снабженных микролинзой. Излучение СД с помощью сферического зеркала с рабочим диаметром 68 мм и фокусным расстоянием f=115 мм формировалось в почти параллельный пучок и через защитный светофильтр направлялось на трассу. Расчетная величина половины угла расходимости излучения СД составляла около 0.2 мрад при диаметре излучающей площадки СД 430 мкм. Излучение, прошедшее трассу и защитный светофильтр модуля приемника, фокусировалось сферическим зеркалом на двухэлементный фотодиод (ФД) или разделялось полупрозрачным зеркалом для подачи на два дискретных ФД. Для разделения по длине волны рабочего и опорного каналов в первой оптической схеме применялся составной многослойный интерференционный фильтр с рабочей длиной волны λ_раб=3.4 мкм, опорной длиной волны λ_оп=3.07 мкм. Во второй оптической схеме использовались два дискретных интерференционных фильтра с λ_раб=3.40 мкм и λ_оп=3.85 мкм. Предложенная авторами [1] конструкция анализатора позволяла получить максимальную измеряемую концентрацию суммарных углеводородов, имеющих полосу характерную поглощения вблизи 3.3 мкм, на уровне (5 НПВ·м), где НПВ - нижний предел воспламенения, для метана при длине трассы L≤100 м. При этом предел обнаружения метана с помощью анализатора ограничен собственными шумами ФД и составлял ~10^-3 НПВ·м.The invention relates to optoelectronic technology, in particular to semiconductor devices designed to detect and emit infrared (IR) radiation at room temperature. There is a vast field of optical instrumentation, where medium-wave sources of spontaneous emission and photodetectors, for example, having a working band near 3.4 microns, can be indispensable for devices that measure the characteristics of media containing gaseous hydrocarbons, and for fiber-optic sensors that measure the composition of a liquid by the vanishing method waves for which the specified band coincides with the maximum fundamental absorption of the measured component, for example, alcohol or petroleum products. In [1], data are presented on the development of a fairly simple, fast, and small-sized remote IR analyzer based on light-emitting diodes based on InAs / InAsSbP heterostructures with a radiation wavelength λ _max = 3.3 μm, a radiation spectral bandwidth of 0.4 μm, and p ⁺ - photodiodes InAsSbP / n-InAs with specific detection ability D ^* _λmax = 6 · 10 ⁹ cm · Hz ^1/2 / W [2] equipped with a microlens. LED radiation using a spherical mirror with a working diameter of 68 mm and a focal length f = 115 mm was formed into an almost parallel beam and was directed to the path through a protective filter. The calculated value of the half angle of divergence of the LED radiation was about 0.2 mrad with a diameter of the emitting area of the LED 430 μm. The radiation that passed the path and the protective light filter of the receiver module was focused by a spherical mirror onto a two-element photodiode (PD) or separated by a translucent mirror for feeding to two discrete PDs. To separate the working and reference channels by the wavelength in the first optical scheme, a composite multilayer interference filter with a working wavelength of λ _slave = 3.4 μm and a reference wavelength of λ _op = 3.07 μm was used. In the second optical scheme, two discrete interference filters with λ _slave = 3.40 μm and λ _op = 3.85 μm were used. The analyzer design proposed by the authors of [1] made it possible to obtain the maximum measured concentration of total hydrocarbons having a characteristic absorption band near 3.3 μm at the level of (5 LEL · m), where LEL is the lower ignition limit for methane with a path length L≤100 m. In this case, the detection limit of methane using an analyzer is limited by the PD intrinsic noises and amounted to ~ 10 ^-3 LEL · m.

Известен полупроводниковый диод для средневолнового инфракрасного диапазона спектра электромагнитного излучения, включающий p и n-области, разделенные p-n-переходом, токоподводящие контакты, расположенные на двух сторонах диода, неактивную и активную области, разделенные мезой травления и электрически связанные с p-n-переходом и контактами, при этом контакт к активной области выполнен точечным [3, 4, 5, 6, 7]. Диод изготовлен на основе двойной гетерострутуры p-InAsSbP/n-InAs/n-InAsSbP, смонтированной подложкой n-InAs на теплооотвод (корпус), с выводом излучения через поверхность p-типа проводимости. Точечный контакт к поверхности, через которую осуществляется вывод/ввод излучения из/в активной(ную) область является характерным конструктивным элементом и для большинства других типов «плоских» диодов, принимающих и испускающих излучение в средневолновом диапазоне электромагнитного излучения [8, 9].A semiconductor diode is known for the mid-wave infrared range of the spectrum of electromagnetic radiation, including p and n regions separated by a pn junction, current-conducting contacts located on both sides of the diode, inactive and active regions separated by an etching mesa and electrically connected to the pn junction and contacts, wherein the contact to the active region is made point [3, 4, 5, 6, 7]. The diode is made on the basis of a p-InAsSbP / n-InAs / n-InAsSbP double heterostructure mounted by an n-InAs substrate on a heat sink (housing), with radiation output through a p-type surface. Point contact to the surface through which radiation is brought out / introduced from / into the active region is a characteristic structural element for most other types of “flat” diodes that receive and emit radiation in the medium wavelength range of electromagnetic radiation [8, 9].

Недостатком известного диода являешься то, что при больших плотностях рабочего тока эффективность преобразования существенно снижается по отношению к значению при малых токах. Примеры такого снижения можно найти в работах, посвященных светодиодам в виде плоской пластины с поперечным размером около 400 мкм [4, 5, 6, 7, 10, 11]. В работе [4] проведен расчет, показывающий локализацию протекания тока под контактом, а в работе [7] для аналогичных образцов при регистрации излучения тепловизором было экспериментально установлено 10-ти кратное уменьшение излучающей площади/фактора заполнения (от 100% до 10%) при возрастании плотности тока до j=110 А/см² см. Сгущение линий тока под контактом наблюдалось и анализировалось также в [12], рассматривающей «одностороннюю» гетероструктуру n⁺-InAs/n⁰-InAs/p-InAsSbP, смонтированную p-слоем на теплоотвод. Одно из очевидных следствий локализации токопротекания вблизи контакта и уменьшения фактора заполнения состоит в уменьшении доли выходящего излучения как из-за непрозрачности последнего, так и резкого уменьшения коэффициента преобразования из-за усиления безызлучательных Оже-процессов при высокой концентрации носителей.A disadvantage of the known diode is that at high densities of the operating current, the conversion efficiency is significantly reduced relative to the value at low currents. Examples of such a reduction can be found in works on LEDs in the form of a flat plate with a transverse size of about 400 μm [4, 5, 6, 7, 10, 11]. In [4], a calculation was performed that showed the localization of the current flow under the contact, and in [7] for similar samples when registering radiation with a thermal imager, a 10-fold decrease in the emitting area / filling factor (from 100% to 10%) at an increase in the current density to j = 110 A / cm ² cm. The thickening of streamlines under the contact was also observed and analyzed in [12], which considered a “one-sided” n ⁺ -InAs / n ⁰ -InAs / p-InAsSbP heterostructure mounted by a p-layer to the heat sink. One of the obvious consequences of the localization of current flow near the contact and a decrease in the filling factor is a decrease in the fraction of the emitted radiation, both due to the opacity of the latter and a sharp decrease in the conversion coefficient due to the amplification of non-radiating Auger processes at a high carrier concentration.

Отметим также, что большое расстояние от p-n-перехода до корпуса (>100 мкм) в известном диоде создает невыгодные условия для отвода тепла; тепловое сопротивление в таких приборах согласно [7] достигает 75 К/Вт, а перегрев активной области по оценкам, сделанным в [13] составляет ΔТ=25-70 К. Еще большие значения перегрева активной области (ΔТ~100 К) при синусоидальном токе с амплитудой 300 мА приводятся в работе [14], рассматривающей близкие по конструктивным особенностям СД из InGaAs, излучающие на длине волны 3.3 мкм и имеющие форму параллелепипеда 800×800 мкм² с точечным контактом, занимающим 20% излучающей поверхности.We also note that the large distance from the pn junction to the case (> 100 μm) in the known diode creates unfavorable conditions for heat removal; thermal resistance in such devices according to [7] reaches 75 K / W, and the active region overheating according to estimates made in [13] is ΔТ = 25-70 K. Even larger values of the active region overheating (ΔТ ~ 100 K) at a sinusoidal current with an amplitude of 300 mA are given in [14], which considers InGaAs LEDs that are close in design features emitting at a wavelength of 3.3 μm and having a parallelepiped shape of 800 × 800 μm ² with a point contact occupying 20% of the radiating surface.

Джоулев разогрев также ведет к снижению коэффициента преобразования при увеличении длительности токового импульса в режиме большой скважности питания светодиода, имеющего место во всех без исключения СД с точечным контактом [4, 5, 6, 7, 10, 11]. Существенное уменьшение регистрируемой мощности (или коэффициента преобразования) составило около 3 раз при увеличении длительности импульса тока от 50 до 1000 мкс (I=0.6 A, f=500 Гц) [6]. Еще большее снижение эффективности имело место при переходе от импульсного режима (10 мкс, 1 кГц), к непрерывному, при котором коэффициент преобразования при токе 100 мА уменьшался с 0.9 мВт·см²·А^-1 до 0.17 мВт·см²·А^-1 5, 4].Joule heating also leads to a decrease in the conversion coefficient with an increase in the duration of the current pulse in the high duty cycle of the LED, which occurs in all without exception LEDs with point contact [4, 5, 6, 7, 10, 11]. A significant decrease in the recorded power (or conversion coefficient) was about 3 times with an increase in the duration of the current pulse from 50 to 1000 μs (I = 0.6 A, f = 500 Hz) [6]. An even greater decrease in efficiency occurred during the transition from the pulsed mode (10 μs, 1 kHz) to continuous, in which the conversion coefficient at a current of 100 mA decreased from 0.9 mW · cm ² · A ^-1 to 0.17 mW · cm ² · A ^{- 1} 5, 4].

Известен полупроводниковый диод для средневолнового инфракрасного диапазона спектра, включающий p- и n-области, разделенные p-n-переходом, токоподводящие контакты, расположенные на двух сторонах диода, электрически связанные с p-n-переходом и контактами [15], в котором токоподводящие контакты на световыводящей поверхности светодиода выполнены в виде квадратной сетки, состоящей из соединенных между собой металлических полосок шириной 25 мкм, расположенных с шагом 150 мкм. Благодаря использованию сетчатого контакта удалось увеличить мощность излучения СД на длине волны ~2 мкм в ~1.5 раза по сравнению с контрольными диодами, имевшими точечный контакт.A semiconductor diode is known for the mid-wave infrared range of the spectrum, including p- and n-regions separated by a pn junction, current-conducting contacts located on two sides of the diode, electrically connected to the pn junction and contacts [15], in which the current-conducting contacts are on the light-output surface LEDs are made in the form of a square grid, consisting of interconnected metal strips with a width of 25 microns, arranged in increments of 150 microns. Thanks to the use of a mesh contact, it was possible to increase the radiation power of LEDs at a wavelength of ~ 2 μm by a factor of ~ 1.5 compared to control diodes that had point contact.

Недостатком известного диода является невысокая эффективность, связанная с концентрацией линий тока вблизи «полосковых» контактов и высокой скоростью Оже-рекомбинации в областях с повышенной плотностью тока.A disadvantage of the known diode is the low efficiency associated with the concentration of current lines near the "strip" contacts and the high Auger recombination rate in areas with high current density.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является полупроводниковый диод для средневолнового инфракрасного диапазона спектра, включающий гетероструктуру, содержащую подложку и эпитаксиальные слои p- и n-типа проводимости, разделенные p-n-переходом, неактивную и активную области, электрически связанные с упомянутым p-n-переходом и разделенные мезой травления на эпитаксиальной поверхности, контакты, при этом контакт к активной области расположен на упомянутой поверхности. При этом контакт к неактивной области известного диода выполнен в виде «полумесяца» или «подковы», с трех сторон охватывающей активную область на основе гетероструктуры InAs/InAsSb; проекция активной области на плоскость p-n-перехода представляет собой круг или диск [16]. Высота мезы (это эквивалент понятию «глубина травления мезы») авторами [16] не указана, видимо из предположения о несущественности этого параметра для работы прибора. Мы полагаем, что высота мезы в известном диоде не более 10 мкм. Преимуществом известного полупроводникового диода, известного в литературе, как «флип-чип диод» [17, 18, 19, 20], является близость p-n-перехода к теплоотводу и возможность изготовления широкого отражающего контакта (анода), увеличивающего долю излучения, направленного к световыводящей поверхности; согласно [21] это увеличение в зависимости от расстояния между контактом и p-n-переходом может составить от 2 до 4 раз по сравнению с диодом без зеркального контакта.Closest to the claimed technical solution is a semiconductor diode for the mid-wave infrared range of the spectrum, including a heterostructure containing a substrate and epitaxial layers of p- and n-type conductivity, separated by a pn junction, inactive and active regions, electrically connected with the aforementioned pn junction and separated Mesa etching on an epitaxial surface, contacts, while contact to the active region is located on said surface. Moreover, the contact to the inactive region of the known diode is made in the form of a “crescent” or “horseshoe”, covering on three sides the active region based on the InAs / InAsSb heterostructure; the projection of the active region onto the pn junction plane is a circle or disk [16]. The mesa height (this is equivalent to the concept of “mesa etching depth”) is not indicated by the authors of [16], apparently from the assumption that this parameter is not essential for the operation of the device. We believe that the mesa height in the known diode is not more than 10 microns. The advantage of the well-known semiconductor diode, known in the literature as a “flip chip diode” [17, 18, 19, 20], is the proximity of the pn junction to the heat sink and the possibility of making a wide reflective contact (anode) that increases the fraction of radiation directed to the light output surface; according to [21], this increase, depending on the distance between the contact and the pn junction, can be from 2 to 4 times compared with a diode without mirror contact.

Важным следствием широкого омического контакта, расположенного в непосредственной близости от p-n-перехода является также сохранение большой излучающей площади при больших токах. Это свойство является непременным условием получения максимальной мощности излучения, поскольку при больших плотностях тока, характерных для диодов с небольшой площадью контакта существенно вырастают скорости безызлучательных Оже-процессов [17].An important consequence of the wide ohmic contact located in the immediate vicinity of the pn junction is also the conservation of a large emitting area at high currents. This property is an indispensable condition for obtaining the maximum radiation power, since at high current densities characteristic of diodes with a small contact area, the rates of nonradiative Auger processes increase significantly [17].

Недостатком известного полупроводникового диода, принятого нами за прототип, является невысокая яркость излучения, связанная с невысоким коэффициентом вывода излучения. Этот недостаток происходит от большой удаленности мезы от краев гетероструктуры - в известном решении минимальное расстояние между проекциями края круглой мезы и краями прямоугольного диода на поверхность подложки L согласно чертежу составляет 250 мкм, при этом диаметр мезы составляет 280 мкм. Из-за большой удаленности мезы от граней (краев диода) последние не могут участвовать в перенаправлении излучения распространяющегося от активной части p-n-перехода под большими углами к поверхности. В результате, большая часть из них не выходит наружу, приводя к невысокой эффективности и низкой яркости излучения. Помимо этого, согласно утверждениям в работе [16], «к недостаткам флип-чип конструкции следует отнести негомогенное растекание токов по кристаллу».A disadvantage of the known semiconductor diode, adopted by us as a prototype, is the low brightness of the radiation associated with a low coefficient of radiation output. This disadvantage stems from the large distance of the mesa from the edges of the heterostructure - in the known solution, the minimum distance between the projections of the edge of the circular mesa and the edges of the rectangular diode onto the substrate surface L according to the drawing is 250 μm, while the diameter of the mesa is 280 μm. Due to the large remoteness of the mesa from the faces (edges of the diode), the latter cannot participate in the redirection of radiation propagating from the active part of the pn junction at large angles to the surface. As a result, most of them do not go out, resulting in low efficiency and low brightness. In addition, according to the statements in [16], “the disadvantages of a flip chip design include non-homogeneous current spreading across the crystal”.

Задачей заявляемого изобретения является разработка такого диода для среднего инфракрасного диапазона спектра, который бы имел повышенные эффективность и яркость излучения, в том числе за счет гомогенного растекания токов по кристаллу.The objective of the invention is the development of such a diode for the middle infrared range of the spectrum, which would have increased efficiency and brightness of the radiation, including due to the homogeneous spreading of currents across the crystal.

Поставленная задача решается тем, что в полупроводниковом диоде для средневолнового инфракрасного диапазона спектра, включающем гетероструктуру, содержащую подложку и эпитаксиальные слои p- и n-типа проводимости, разделенные p-n-переходом, неактивную и активную области, электрически связанные с упомянутым p-n-переходом и разделенные мезой травления на эпитаксиальной поверхности, и контакты, по крайней мере один из которых расположен на поверхности упомянутой мезы, а контакт к неактивной области расположен сбоку от активной области и имеет поперечный размер вдоль упомянутой поверхности в направлении, проходящем между контактом к неактивной областью и упомянутой мезой, соразмерный с максимальным размером мезы в том же направлении, а минимальное расстояние между проекциями краев мезы и диода на поверхность подложки L, по крайней мере, для двух ортогональных направлений вдоль поверхности подложки выбирают из интервала:The problem is solved in that in a semiconductor diode for the mid-wave infrared range of the spectrum, which includes a heterostructure containing a substrate and p- and n-type epitaxial layers separated by a pn junction, inactive and active regions electrically connected with the pn junction and separated Mesa etching on the epitaxial surface, and contacts, at least one of which is located on the surface of the aforementioned Mesa, and the contact to the inactive region is located on the side of the active region and has the transverse dimension along the said surface in the direction passing between the contact to the inactive region and the said mesa, commensurate with the maximum size of the mesa in the same direction, and the minimum distance between the projections of the edges of the mesa and the diode onto the substrate surface L, for at least two orthogonal directions along the surface of the substrate is selected from the interval:

0.8*D≥L≥D/20,0.8 * D≥L≥D / 20,

где D - диаметр вписанной в проекцию мезы окружности.where D is the diameter of the circle inscribed in the mesa projection.

В полупроводниковом диоде меза может иметь расширение в направлении от эпитаксиальной поверхности к подложке, а ее высота может составлять 20-80 мкм.In a semiconductor diode, the mesa can have an extension in the direction from the epitaxial surface to the substrate, and its height can be 20-80 μm.

В полупроводниковом диоде проекция активной области на плоскость p-n-перехода может представлять собой фигуру, в которой, по крайней мере, две пары элементов расположены симметрично относительно центра контакта и являются частью прямоугольника или квадрата.In a semiconductor diode, the projection of the active region onto the pn junction plane can be a figure in which at least two pairs of elements are located symmetrically with respect to the center of contact and are part of a rectangle or square.

В полупроводниковом диоде проекция контакта к активной области на плоскость p-n-перехода может представлять собой фигуру, в которой, по крайней мере, две пары элементов расположены симметрично относительно центра контакта и являются частью прямоугольника или квадрата.In a semiconductor diode, the projection of the contact to the active region onto the pn junction plane can be a figure in which at least two pairs of elements are located symmetrically relative to the center of the contact and are part of a rectangle or square.

В полупроводниковом диоде проекция контакта к активной области на плоскость p-n-перехода имеет округления в вершинах прямоугольника или квадрата.In a semiconductor diode, the projection of the contact to the active region onto the pn junction plane has roundings at the vertices of a rectangle or square.

В полупроводниковом диоде активная область может содержать InAs или InAsSb или InAsSbP или InGaAsSb или InAsGaSbP. Указанные полупроводники могут быть как «плоскими» (например, в сверхрешетках или квантовых ямах), так и «трехмерными» (например, в квантовых точках).In a semiconductor diode, the active region may contain InAs or InAsSb or InAsSbP or InGaAsSb or InAsGaSbP. These semiconductors can be either “flat” (for example, in superlattices or quantum wells), or “three-dimensional” (for example, in quantum dots).

Полупроводниковый диод может содержать гетеропереходы InAs/InAsSb или InAs/InAsSbP или InAs/InGaAsSb или InAs/InAsGaSbP или InAs/InGaAsSb, InAs/InGaAsSbAI. Указанные гетеропереходы могут быть как «плоскими» (например, в сверхрешетках или квантовых ямах), так и «трехмерными» (например, в квантовых точках).The semiconductor diode may contain InAs / InAsSb or InAs / InAsSbP or InAs / InGaAsSb or InAs / InAsGaSbP or InAs / InGaAsSb, InAs / InGaAsSbAI heterojunctions. These heterojunctions can be either “flat” (for example, in superlattices or quantum wells), or “three-dimensional” (for example, in quantum dots).

Полупроводниковый диод может содержать гетеропереходы GaSb/InAsSb или GaSb/InAsSbP или GaSb/InGaAsSb или GaSb/InAsGaSbP или GaSb/InGaAsSb, GaSb/InGaAsSbAI. Указанные гетеропереходы могут быть как плоскими (например, в сверхрешетках или квантовых ямах), так и «трехмерными» (например, в квантовых точках).The semiconductor diode may contain GaSb / InAsSb or GaSb / InAsSbP or GaSb / InGaAsSb or GaSb / InAsGaSbP or GaSb / InGaAsSb, GaSb / InGaAsSbAI heterojunctions. These heterojunctions can be either planar (for example, in superlattices or quantum wells), or “three-dimensional” (for example, in quantum dots).

В полупроводниковом диоде подложка может быть выполнена из арсенида индия или InGaAsSb с электронным типом проводимости и концентрацией электронов n, выбираемой из интервала 5·10¹⁷ см^-3>n>5·10¹⁸ см^-3 In a semiconductor diode, the substrate can be made of indium arsenide or InGaAsSb with an electronic type of conductivity and electron concentration n selected from the interval 5 · 10 ¹⁷ cm ^-3 >n> 5 · 10 ¹⁸ cm ^-3

В полупроводниковом диоде один из контактов может граничить с подложкой арсенидом индия.In a semiconductor diode, one of the contacts can border the substrate with indium arsenide.

В полупроводниковом диоде контакт(ы) к p-области могут быть выполнен(ы) из последовательности металлических слоев Cr-Au_1-wZn_w-Ni-Au, в которой слой из Сr примыкает к поверхности p-области, a w=0.01-0.2.In the semiconductor diode, the contact (s) to the p-region can be made (s) from a sequence of metal layers Cr-Au _1-w Zn _w -Ni-Au, in which the layer of Cr is adjacent to the surface of the p-region, aw = 0.01- 0.2.

В полупроводниковом диоде контакт(ы) к n-области могут быть выполнен(ы) из последовательности металлических слоев Cr-Au_1-vGe_v-Ni-Au, причем слой из Сr примыкает к поверхности n-области, a v=0-0.2.In the semiconductor diode, the contact (s) to the n-region can be made (s) from a sequence of metal layers Cr-Au _1-v Ge _v -Ni-Au, and the layer of Cr is adjacent to the surface of the n-region, av = 0-0.2 .

В полупроводниковом диоде подложка может быть выполнена из InAsSbP с электронным типом проводимостиIn a semiconductor diode, the substrate can be made of InAsSbP with electronic type of conductivity

В полупроводниковом диоде подложка может быть выполнена с градиентом состава в направлении, перпендикулярном p-n-переходу.In a semiconductor diode, the substrate can be made with a composition gradient in the direction perpendicular to the pn junction.

В полупроводниковом диоде свободная от эпитаксиальных слоев поверхность подложки может иметь периодическую структуру в виде фотонного кристалла, по крайней мере, в области над активной частью p-n-перехода.In a semiconductor diode, the substrate surface free of epitaxial layers can have a periodic structure in the form of a photonic crystal, at least in the region above the active part of the pn junction.

В полупроводниковом диоде свободная от эпитаксиальных слоев поверхность подложки может иметь хаотичную структуру, состоящую из остроконечных пирамид или ямок, по крайней мере, в области над активной частью p-n-перехода.In a semiconductor diode, the substrate surface free of epitaxial layers can have a chaotic structure consisting of pointed pyramids or pits, at least in the region above the active part of the pn junction.

В полупроводниковом диоде свободная от эпитаксиальных слоев поверхность подложки может иметь выпуклую поверхность, по крайней мере, в области над активной частью p-n-перехода.In a semiconductor diode, the substrate surface free of epitaxial layers can have a convex surface, at least in the region above the active part of the pn junction.

В отличие от полупроводникового диода - прототипа, в заявляемом диоде из-за невысокого значения минимального расстояния между проекциями края мезы и края диода на поверхность подложки L, по крайней мере, для двух ортогональных направлений вдоль поверхности подложки значительная часть излучения, распространяющегося от прямосмещенного p-n-перехода под большими углами, отражается от внутренней поверхности края диода и перенаправляется к излучающей поверхности; при этом возрастает доля вышедшего из полупроводника излучения и эффективность диода увеличивается. В несимметричном диоде, размеры которого определяются, в том числе, и факторами, обеспечивающими технологичность изделия, важно иметь хотя бы два ортогональных направления, в которых увеличена доля перенаправляемого излучения. Создание контакта к неактивной области сбоку от активной области с поперечным размером вдоль упомянутой поверхности в направлении, проходящем между контактом к неактивной областью и упомянутой мезой, соразмерным с максимальным размером упомянутой мезы в том же направлении, обеспечивает минимальное расстояние от края мезы для большинства ортогональных направлений на поверхности структуры из-за отсутствия необходимости резервировать участок структуры для создания на нем контакта при сохранении возможности электрического подсоединения к p-n-переходу. В оптимальном случае - чипа прямоугольной или квадратной формы - имеется три направления, где указанное расстояние минимально. Последнее достигается тем, что поперечным размер контакта соразмерен размеру мезы (т.е. равен ему или незначительно отличается от него), при этом достигается минимум значения последовательного (контактного) сопротивления при выбранных (например, исходя из экономических соображений) геометрических размерах чипа, а также сохраняется возможность проведения таких важных операций сборки, как разварка или распайка контактных проводников к чипу (к p- n-слоям).Unlike the semiconductor diode - the prototype, in the inventive diode due to the low value of the minimum distance between the projections of the edge of the mesa and the edge of the diode onto the surface of the substrate L, at least for two orthogonal directions along the surface of the substrate, a significant part of the radiation propagating from the forward biased pn- transition at large angles, reflected from the inner surface of the edge of the diode and redirected to the radiating surface; in this case, the fraction of radiation emitted from the semiconductor increases and the diode efficiency increases. In an asymmetric diode, the dimensions of which are determined, among other things, by factors ensuring the manufacturability of the product, it is important to have at least two orthogonal directions in which the proportion of redirected radiation is increased. Creating a contact to the inactive region on the side of the active region with a transverse dimension along the mentioned surface in the direction passing between the contact to the inactive region and the said mesa, commensurate with the maximum size of the said mesa in the same direction, provides the minimum distance from the edge of the mesa for most orthogonal directions on the surface of the structure due to the lack of the need to reserve a section of the structure to create contact on it while maintaining the possibility of electrical connection to the pn junction. In the optimal case - a chip of a rectangular or square shape - there are three directions where the specified distance is minimal. The latter is achieved by the fact that the transverse size of the contact is proportional to the size of the mesa (i.e. equal to or slightly different from it), while the minimum value of the serial (contact) resistance is achieved for the geometric dimensions of the chip selected (for example, based on economic considerations), and it also remains possible to carry out important assembly operations, such as welding or wiring the contact conductors to the chip (to p-n layers).

При удаленности мезы от края диода (создание условий, при которых 0.8*D<L, где D - диаметр вписанной в проекцию мезы окружности) эффект отражения излучения от внутренних краев диода подавляется и эффективность диода падает. Существенное влияние удаленности мезы от края диода на характеристики излучения - это особенность диодов средневолнового диапазона спектра, в которых вероятность фотонного переноса носителей или изменения направления движения фотонов в результате процесса «фотон-»электронно-дырочная пара→фотон» пренебрежимо мала из-за невысокого значения внутреннего квантового выхода (ή<<1). Максимальное значение квантового выхода опубликованное для арсенида индия составляет ή~24% при низких уровнях концентрации неравновесных носителей. В рабочих условиях (т.е. при больших токах) значение квантового выхода существенно меньше указанной величины.When the mesa is removed from the edge of the diode (creating conditions under which * 0.8 * D <L, where D is the diameter of the circle inscribed in the mesa projection), the effect of radiation reflection from the internal edges of the diode is suppressed and the diode's efficiency decreases. A significant effect of the distance of the mesa from the edge of the diode on the radiation characteristics is a feature of diodes in the mid-wave range of the spectrum, in which the probability of photon transfer of carriers or changes in the direction of motion of photons as a result of the “photon-electron-hole pair → photon” process is negligible due to the low value internal quantum yield (ή << 1). The maximum value of the quantum yield published for indium arsenide is ή ~ 24% at low levels of concentration of nonequilibrium carriers. Under operating conditions (i.e., at high currents), the quantum yield is significantly less than the indicated value.

При чрезмерной близости края диода к мезе (т.е. при выполнении условия L<D/20) дефекты структуры, характерные для краев диода, полученных при разламывании или резке гетероструктуры на отдельные чипы (диоды), снижают эффективность диода, например, увеличивают величину обратного тока диода, работающего в фотодиодном режиме или увеличивают токи утечки в прямом направлении (режим СД).If the edge of the diode is too close to the mesa (i.e., when the condition L <D / 20 is fulfilled), structural defects characteristic of the edges of the diode obtained by breaking or cutting the heterostructure into individual chips (diodes) decrease the diode efficiency, for example, increase the value reverse current of the diode operating in the photodiode mode or increase the leakage currents in the forward direction (LED mode).

Выполнение в полупроводниковом диоде расширения в направлении от эпитаксиальной поверхности к подложке с высотой мезы 20-80 мкм увеличивает эффективность свето(фото)диода, поскольку обеспечивает увеличенную долю отраженных и покидающих полупроводник(входящих в p-n-переход) лучей. Для плоских стенок оптимальный угол наклона стенок мезы к плоскости подложки составляет 45 град.; стенки мезы могут быть криволинейными, например, параболическими, при этом эффект увеличения эффективности за счет «внутреннего оптического концентратора» сохраняется. Форма «внутреннего оптического концентратора» может быть в виде конуса (круглая меза), в виде усеченной пирамиды (прямоугольная или квадратная меза) и др..Performing an expansion in the semiconductor diode in the direction from the epitaxial surface to the substrate with a mesa height of 20-80 μm increases the efficiency of the light (photo) diode, since it provides an increased proportion of the rays reflected and leaving the semiconductor (entering the p-n junction). For flat walls, the optimal angle of inclination of the mesa walls to the plane of the substrate is 45 degrees .; Mesa walls can be curved, for example, parabolic, while the effect of increasing efficiency due to the “internal optical concentrator” is preserved. The shape of the “internal optical hub” can be in the form of a cone (round mesa), in the form of a truncated pyramid (rectangular or square mesa), etc.

Отсутствие расширения в направлении вывода излучения или сужения в направлении ввода излучения ведет к невозможности эффективного перенаправления излучения; так, например, для параллельного пучка падающего нормально к поверхности диода вертикальность стенок не позволяет увеличить оптическую площадь сбора излучения за счет перенаправления пучков излучения, распространяющихся рядом с мезой. Для мелкой мезы, высотой менее 20 мкм, эффект перенаправления излучения несущественен; слишком высокие мезы (>80 мкм) также неэффективны, т.к. в них увеличивается доля поглощенного излучения из-за большой толщины преодолеваемых фотонами слоев.Lack of expansion in the direction of radiation output or narrowing in the direction of radiation input leads to the impossibility of effective radiation redirection; for example, for a parallel beam incident normally to the surface of the diode, the verticality of the walls does not allow an increase in the optical area of the radiation collection due to the redirection of the radiation beams propagating near the mesa. For shallow mesa, with a height of less than 20 microns, the effect of radiation redirection is not significant; too high mesas (> 80 μm) are also ineffective, because in them, the fraction of absorbed radiation increases due to the large thickness of the layers overcome by photons.

Выполнение в полупроводниковом диоде активной области с проекцией на плоскость p-n-перехода в виде фигуры, в которой, по крайней мере, две пары элементов расположены симметрично относительно центра контакта и являются частью прямоугольника или квадрата обеспечивает максимальное заполнение/площадь в диоде прямоугольной или квадратной формы - наиболее распространенной формы чипов, используемой в условиях производства. Максимальное заполнение, т.е. получение максимально возможной при данных условиях площади активной области обеспечивает максимально возможный коэффициент преобразования для работы СД в прямом направлении поскольку скорость безызлучательной Оже-рекомбинации пропорциональна плотности тока в степени 3/2. Форма активной области может незначительно отличаться от квадрата или прямоугольника, например, за счет округления углов, происходящего при химическом вытравливании мезы. Отличие формы поверхности активной области (мезы) от квадрата или прямоугольника при химическом травлении тем больше, чем меньше поперечные размеры мезы и чем больше ее глубина.The implementation in the semiconductor diode of the active region with the projection onto the plane of the pn junction in the form of a figure in which at least two pairs of elements are located symmetrically with respect to the contact center and are part of a rectangle or square provides the maximum filling / area in a rectangular or square diode - the most common form of chip used in the manufacturing environment. Maximum filling, i.e. obtaining the maximum possible area of the active region under the given conditions provides the maximum possible conversion coefficient for direct LED operation since the rate of nonradiative Auger recombination is proportional to the current density to the degree 3/2. The shape of the active region may differ slightly from a square or rectangle, for example, due to rounding of the corners that occurs during chemical etching of the mesa. The difference in the surface shape of the active region (mesa) from a square or rectangle during chemical etching is greater, the smaller the transverse dimensions of the mesa and the greater its depth.

В фотодиодном режиме использование предлагаемой квазипрямоугольной формы активной области также приводит к увеличению эффективности работы ФД, т.к. происходит увеличение эффективной площади сбора фотонов за счет приближения краев мезы к краям чипа. Поэтому выполнение в полупроводниковом диоде активной области с проекцией на плоскость p-n-перехода в виде фигуры, в которой, по крайней мере, две пары элементов расположены симметрично относительно центра контакта и являются частью прямоугольника или квадрата также повышает эффективность/чувствительность фотодиода поскольку создают условия для эффективной концентрации излучения.In photodiode mode, the use of the proposed quasi-rectangular shape of the active region also leads to an increase in the efficiency of the PD, there is an increase in the effective photon collection area due to the approximation of the edges of the mesa to the edges of the chip. Therefore, the execution in the semiconductor diode of the active region with the projection onto the plane of the pn junction in the form of a figure in which at least two pairs of elements are located symmetrically with respect to the center of contact and are part of a rectangle or square also increases the efficiency / sensitivity of the photodiode since they create conditions for effective radiation concentration.

Выполнение в полупроводниковом диоде контакта к активной области с проекцией на плоскость p-n-перехода в виде фигуры, в которой, по крайней мере, две пары элементов расположены симметрично относительно центра контакта и являются частью прямоугольника или квадрата обеспечивает максимальное заполнение поверхности мезы линиями тока или, другими словами, растекание тока по площади мезы в случаях, когда латеральное сопротивление сравнимо с сопротивлением p-n-перехода. Равномерное растекание тока ведет к минимально возможному при прочих равных условиях значению плотности тока, т.е. к максимально возможному значению эффективности преобразования.The implementation in the semiconductor diode of the contact to the active region with the projection onto the plane of the pn junction in the form of a figure in which at least two pairs of elements are located symmetrically with respect to the center of the contact and are part of a rectangle or square ensures maximum filling of the mesa surface with streamlines or other in other words, current spreading over the mesa area in cases where the lateral resistance is comparable to the resistance of the pn junction. Uniform current spreading leads to the minimum possible value of the current density, ceteris paribus, i.e. to the maximum possible value of the conversion efficiency.

Выполнение в полупроводниковом диоде контакта к активной области, имеющего округления в вершинах прямоугольника или квадрата увеличивает величину пробивного напряжения поскольку уменьшает напряженность электрического поля, максимальное значение которого имеет место в «углах» контакта. Создание округлений таким образом приводит к более предсказуемой работе диода и к большим значениям удельной обнаружительной способности при U<0, поскольку уменьшаются обратные токи в предпробойном режиме. Для светодиодного режима (U>0) округления также положительно сказываются на характеристиках, т.к. при их наличии уменьшаются утечки тока и связанные с ними локальные перегревы структуры. Отсутствие локальных перегревов в диодах со скругленными контактами формируют основу для его долговременной работы.The implementation in the semiconductor diode of the contact to the active region, having rounding at the vertices of the rectangle or square increases the breakdown voltage because it reduces the electric field strength, the maximum value of which takes place in the "corners" of the contact. The creation of rounding in this way leads to a more predictable operation of the diode and to large values of the specific detectability at U <0, since the reverse currents in the prebreakdown mode decrease. For the LED mode (U> 0) rounding also positively affects the characteristics, because when they are present, current leakage and related local overheating of the structure are reduced. The absence of local overheating in diodes with rounded contacts forms the basis for its long-term operation.

Выполнение в полупроводниковом диоде активной области из InAs или InAsSb или InAsSbP или InGaAsSb или InAsGaSbP обеспечивает возможность получения диодов, минимально поверженных влиянию влаги и/или химических реагентов. Альтернативные материалы, например, халькогениды свинца или материалы А2В6, не обладают указанной стойкостью и их использование не позволяет создавать диоды, долговременно работающие в жестких эксплуатационных условиях.The implementation in the semiconductor diode of the active region of InAs or InAsSb or InAsSbP or InGaAsSb or InAsGaSbP provides the possibility of obtaining diodes minimally exposed to moisture and / or chemicals. Alternative materials, for example, lead chalcogenides or A2B6 materials, do not have the indicated resistance and their use does not allow the creation of diodes that work long-term under harsh operating conditions.

Выполнение в полупроводниковом диоде гетеропереходов вида InAs/InAsSb или InAs/InAsSbP или InAs/InGaAsSb или InAs/InAsGaSbP или InAs/InGaAsSb, InAs/InGaAsSbAl или GaSb/InAsSb или GaSb/InAsSbP или GaSb/InGaAsSb или GaSb/InAsGaSbP или GaSb/InGaAsSb, GaSb/InGaAsSbAI обеспечивает возможность получения диодов с наилучшей долговременной стабильностью свойств, поскольку указанные материалы обладают сильными химическими связями [22], обеспечивающими стабильность металлургических границ раздела, т.е. обеспечивают стабильность химического состава и фазы. Альтернативные гетеропереходы, например, на основе халькогенидов свинца или материалов А²В⁶, не обладают указанными свойствами. Помимо этого для структур из материалов А²В⁶ характерна пространственная неоднородность при больших размерах структур [23].Performing heterojunctions in the semiconductor diode type InAs / InAsSb or InAs / InAsSbP or InAs / InGaAsSb or InAs / InAsGaSbP or InAs / InGaAsSb, InAs / InGaAsSbAl or GaSb / InAsSb or GaSb / InAsSbSaBGa or GaSb / InAsSbSaBGa or GaSbGabGa GaSb / InGaAsSbAI provides the possibility of producing diodes with the best long-term stability of properties, since these materials have strong chemical bonds [22], which ensure the stability of metallurgical interfaces, i.e. provide stability of chemical composition and phase. Alternative heterojunctions, for example, based on lead chalcogenides or materials A ² B ⁶ , do not possess the indicated properties. In addition, structures from materials A ² B ^{6 are} characterized by spatial heterogeneity at large sizes of structures [23].

Выполнение в полупроводниковом диоде подложки из арсенида индия или InGaAsSb с электронным типом проводимости и концентрацией электронов n, выбираемой из интервала 5·10¹⁷ см^-3>n>5·10¹⁸ см^-3 обеспечивает одновременно хороший теплосъем за счет стыковки эпитаксиальной стороны чипа и держателя и высокую прозрачность для выводимого или вводимого в диод излучения для длин волн 2.5-3.6 мкм благодаря эффекту Мосса-Бурштейна. Твердый раствор InGaAsSb может иметь близкие к InAs ширину запрещенной зоны и период решетки, и является его аналогом, в том числе и в части появления прозрачности благодаря эффекту Мосса-Бурштейна. Существуют способы получения достаточно толстых сильно легированных слоев n-InGaAsSb (5·10¹⁷ см^-3>n>5·10¹⁸ см^-3) постоянного состава, которые можно использовать в качестве подложек [18]. При концентрациях электронов выше, чем n>5·10¹⁸ см^-3, поглощение на свободных носителях становится весьма заметным и увеличения прозрачности (и эффективности) не происходит. При концентрациях, меньших n<5·10¹⁷ см^-3, вырождение электронов в зоне проводимости несущественно и увеличения прозрачности/эффективности на длинах волн 2.5-3.6 мкм не происходит.The implementation of a semiconductor diode substrate of indium arsenide or InGaAsSb with an electronic type of conductivity and an electron concentration n selected from the interval 5 · 10 ¹⁷ cm ^-3 >n> 5 · 10 ¹⁸ cm ^-3 provides at the same time good heat transfer due to the coupling of the epitaxial side of the chip and holder and high transparency for radiation emitted or introduced into the diode for wavelengths 2.5-3.6 μm due to the Moss-Burshtein effect. The InGaAsSb solid solution can have a band gap close to InAs and a lattice period, and is its analogue, including in terms of the appearance of transparency due to the Moss-Burstein effect. There are methods for producing sufficiently thick heavily doped n-InGaAsSb layers (5 · 10 ¹⁷ cm ^-3 >n> 5 · 10 ¹⁸ cm ^-3 ) of constant composition, which can be used as substrates [18]. At electron concentrations higher than n> 5 · 10 ¹⁸ cm ^-3 , absorption on free carriers becomes very noticeable and transparency (and efficiency) does not increase. At concentrations lower than n <5 · 10 ¹⁷ cm ^-3 , the degeneracy of electrons in the conduction band is insignificant and an increase in transparency / efficiency at wavelengths of 2.5-3.6 μm does not occur.

Выполнение в полупроводниковом диоде контакта, граничащего с подложкой арсенида индия с концентрацией электронов n, выбираемой из интервала 5·10¹⁷ см^-3>n>5·10¹⁸ см^-3, обеспечивает крайне низкие значения сопротивления контактов и сопротивления растекания в латеральном направлении. Этим обеспечивается с одной стороны минимальность Джоулевого разогрева контакта, а с другой - однородность растекания тока, следствием которых является высокая эффективность при больших токах. Создание контакта к другим областям, например к эпитаксиальным слоям n-типа проводимости, в которых нет вырождения электронов в зоне проводимости менее целесообразно, поскольку это увеличивает последовательное сопротивление и может привести к неоднородности токопрохождения (негомогенности растекания тока по кристаллу).Making a contact in a semiconductor diode adjacent to an indium arsenide substrate with an electron concentration n selected from the interval 5 × 10 ¹⁷ cm ^-3 >n> 5 × 10 ¹⁸ cm ^-3 provides extremely low values of contact resistance and spreading resistance in the lateral direction. This ensures, on the one hand, the minimum Joule heating of the contact, and on the other, the uniformity of current spreading, which results in high efficiency at high currents. Creating contact with other regions, for example, epitaxial layers of n-type conductivity, in which there is no electron degeneration in the conduction band, is less advisable, since this increases the series resistance and can lead to inhomogeneity of current flow (inhomogeneity of current spreading over the crystal).

Выполнение в полупроводниковом диоде контакта(ов) к p-области из последовательности металлических слоев Cr-Au_1-wZn_w-Ni-Au, в которых слой из Сr примыкает к поверхности p-области, a w=0.01-0.2, обеспечивает с одной стороны низкое контактное сопротивление, хорошую адгезию к поверхности и механическую прочность контакта в целом, а с другой - обеспечивает высокую отражательную способность контакта для границы раздела металл/полупроводник (R≥60%), что важно для повышения эффективности излучения (режим СД) и эффективности фотопреобразования фотон→электронно-дырочная пара (режим ФД). Нам не известны опубликованные данные о коэффициенте отражения и механической прочности для других контактов в средневолновых диодах, для изученной нами системы Cr-Au_1-wZn_w-Ni-Au наилучшие значения эффективности достигаются при w=0.01-0.2.The implementation in the semiconductor diode of contact (s) to the p-region from a sequence of metal layers Cr-Au _1-w Zn _w -Ni-Au, in which the Cr layer is adjacent to the surface of the p-region, aw = 0.01-0.2, provides with one low contact resistance, good adhesion to the surface and mechanical contact strength in general, and on the other hand, provides high reflectivity of the contact for the metal / semiconductor interface (R≥60%), which is important for increasing radiation efficiency (LED mode) and efficiency photoconversion photon → electron o-hole pair (FD mode). We do not know the published data on the reflection coefficient and mechanical strength for other contacts in medium-wave diodes; for the Cr-Au _1-w Zn _w -Ni-Au system that we studied, the best efficiency values are achieved at w = 0.01-0.2.

Выполнение в полупроводниковом диоде контакта(ов) к n-области из последовательности металлических слоев Cr-Au_1-vGe_v-Ni-Au, в которых слой из Сr примыкает к поверхности n-области, a v=0-0.2, обеспечивает низкое контактное сопротивление, хорошую адгезию к поверхности и механическую прочность контакта в целом. Нам не известны опубликованные данные о свойствах других контактов в средневолновых диодах; для изученной нами системы Cr-Au_1-wGe_w-Ni-Au наилучшие значения эффективности достигаются при v=0-0.2.The implementation in the semiconductor diode of contact (s) to the n-region from a sequence of metal layers Cr-Au _1-v Ge _v -Ni-Au, in which the layer of Cr is adjacent to the surface of the n-region, av = 0-0.2, provides a low contact resistance, good adhesion to the surface and mechanical strength of the contact as a whole. We are not aware of published data on the properties of other contacts in medium-wave diodes; for the Cr-Au _1-w Ge _w -Ni-Au system that we studied, the best efficiency values are achieved at v = 0-0.2.

Выполнение в полупроводниковом диоде подложки из InAsSbP с электронным типом проводимости обеспечивает возможность эффективного вывода излучения через нее, поскольку она прозрачна для составов твердого раствора InAsSbP, имеющих период решетки близкий к периоду решетки арсенида индия и твердых растворов, используемых для создания активных областей диодов средневолнового диапазона спектра.The implementation of an InAsSbP substrate with an electronic type of conductivity in a semiconductor diode provides the possibility of efficient emission of radiation through it, since it is transparent for InAsSbP solid solution compositions having a grating period close to the grating period of indium arsenide and solid solutions used to create active regions of the mid-wave spectrum diodes .

Выполнение в полупроводниковом диоде подложки с градиентом состава в направлении, перпендикулярном p-n-переходу, обеспечивает уменьшение дефектности структуры в тех случаях, когда период решетки активного слоя существенно отличается от периодов решеток бинарных полупроводников, обычно используемых для начальных стадий роста или для отработки технологии - InAs или GaSb.The implementation of a substrate in a semiconductor diode with a composition gradient in the direction perpendicular to the pn junction provides a reduction in the structure defectiveness in those cases when the lattice period of the active layer differs significantly from the lattice periods of binary semiconductors usually used for the initial stages of growth or for testing the technology InAs or Gasb.

Формирование на свободной от эпитаксиальных слоев поверхности подложки полупроводникового диода периодической структуры в виде фотонного кристалла (ФК) позволяет наложить дифракционные условия на волновой вектор выходящих из оптически плотной среды (полупроводника) фотонов и увеличить тем самым эффективный угол полного внутреннего отражения, т.е. существенно (до 8 раз) повысить мощность излучения. Дополнительные преимущества возникают при фокусировке (сужении диаграммы направленности), обеспечиваемой некоторыми видами ФК.The formation of a semiconductor diode of a periodic structure in the form of a photonic crystal (FC) on an epitaxial layer free of the substrate surface allows one to impose diffraction conditions on the wave vector of photons emerging from an optically dense medium (semiconductor) and thereby increase the effective angle of total internal reflection, i.e. significantly (up to 8 times) increase the radiation power. Additional advantages arise when focusing (narrowing the radiation pattern), provided by some types of FC.

Формирование на свободной от эпитаксиальных слоев поверхности подложки полупроводникового диода хаотичной структуры в виде остроконечных пирамид или ямок не позволяет получить сужение диаграммы направленности излучения, однако также приводит к повышению мощности излучения за счет уменьшения коэффициента отражения на границе полупроводник/воздух и за счет некоторого увеличения «эффективного угла» полного внутреннего отражения. Способы создания хаотичного рельефа более экономичны, чем способы создания ФК.The formation of a chaotic structure in the form of pointed pyramids or pits on the epitaxial layer-free surface of the substrate of the substrate does not allow narrowing the radiation pattern, but also leads to an increase in radiation power due to a decrease in the reflection coefficient at the semiconductor / air interface and due to some increase in the effective angle ”of total internal reflection. Ways to create a chaotic terrain are more economical than ways to create a FC.

Выполнение в полупроводниковом диоде свободной от эпитаксиальных слоев поверхности подложки с выпуклой поверхностью, по крайней мере, в области над активной областью обеспечивает увеличение мощности излучения за счет уменьшения угла падания для многих лучей, исходящих из активной области и увеличивает чувствительность диода в фотодиодном режиме, поскольку, увеличивает площадь сбора излучения от удаленного источника (объекта).The implementation in a semiconductor diode of an epitaxial layer free of the surface of the substrate with a convex surface, at least in the region above the active region, provides an increase in radiation power by reducing the angle of incidence for many rays emanating from the active region and increases the sensitivity of the diode in the photodiode mode, because, increases the area of radiation collection from a remote source (object).

Заявляемое устройство поясняется чертежами, где:The inventive device is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 схематически изображен первый вариант воплощения заявляемого диода в продольном разрезе (вверху фиг.1) и сверху (внизу фиг.1), в котором меза имеет форму цилиндра; пунктирной стрелкой показаны лучи, выходящие из края полупроводникового кристалла;figure 1 schematically shows a first embodiment of the inventive diode in longitudinal section (at the top of figure 1) and above (at the bottom of figure 1), in which the mesa has the shape of a cylinder; the dashed arrow shows the rays emerging from the edge of the semiconductor crystal;

на фиг.2 схематически изображен второй вариант воплощения заявляемого диода в продольном разрезе (вверху фиг.2) и сверху (внизу фиг.2), в котором меза имеет круглую (конусообразную) форму; меза расширяется в направлении вывода излучения.figure 2 schematically shows a second embodiment of the inventive diode in longitudinal section (at the top of figure 2) and above (at the bottom of figure 2), in which the mesa has a round (conical) shape; Mesa expands in the direction of radiation output.

на фиг.3 схематически изображен третий вариант воплощения заявляемого диода в продольном разрезе (вверху фиг.3) и сверху (внизу фиг.3), в котором меза имеет близкую к квадрату проекцию на плоскость p-n-перехода;figure 3 schematically shows a third embodiment of the inventive diode in longitudinal section (at the top of figure 3) and above (at the bottom of figure 3), in which the mesa has a nearly square projection on the plane of the p-n junction;

на фиг.4 и 5 схематически показаны четвертый и пятый варианты воплощения заявляемого диода в продольном разрезе (вверху фиг.4, 5) и сверху (внизу фиг.4, 5) в которых меза имеет близкую к квадрату проекцию на плоскость p-n-перехода и разноуровневые контакты;4 and 5 schematically show the fourth and fifth embodiments of the inventive diode in longitudinal section (at the top of FIGS. 4, 5) and at the top (at the bottom of FIGS. 4, 5) in which the mesa has a nearly square projection onto the pn junction plane and multilevel contacts;

Полупроводниковый диод для средневолнового диапазона спектра электромагнитного излучения (1), включает гетероструктуру, содержащую подложку (2) и эпитаксиальные p- и n-слои (3, 4), разделенными p-n-переходом (5), токоподводящие контакты (6, 7), расположенные со стороны эпитаксиальной поверхности, неактивную (8) и активную (9) области, разделенные мезой травления на эпитаксиальной поверхности (10) и электрически связанные с p-n-переходом (5) и контактами (6, 7), контакт к неактивной области (7), расположенный сбоку от активной области (9). На фиг.1-5 также показаны поперечный размер контакта к неактивной области вдоль эпитаксиальной поверхности в направлении, проходящем между контактом к неактивной областью и упомянутой мезой (11), максимальный размер мезы в том же направлении (12), минимальное расстояние между проекциями краев мезы высотой (17) и диода на поверхность подложки для двух ортогональных направлений вдоль поверхности подложки L (13), диаметр вписанной в проекцию мезы окружности D (14) и высота мезы (15). В первых трех вариантах (фиг.1, 2, 3) меза сформирована путем вытравливания канавки, разделяющей активную и неактивную области, при этом контакт к активной области и часть контакта к неактивной области находятся на одном уровне (на одном и том же полупроводниковом материале). Электрическое соединение с областью с проводимостью, имеющей противоположный знак по отношению к проводимости полупроводника, находящегося непосредственно под контактом в активной области, осуществляется за счет углубленной части контакта со сложной формой поверхности (7), расположенного вне p-n-перехода (технология «флип-чип», предполагающая монтаж диода на специализированную плату, изготовленную, например, из полуизолирующего кремния [16] - на фиг. не показана). Штриховыми стрелками показан ход лучей при подаче на p-n-переход прямого смещения (режим СД).A semiconductor diode for the mid-wave range of the spectrum of electromagnetic radiation (1) includes a heterostructure containing a substrate (2) and epitaxial p- and n-layers (3, 4) separated by a pn junction (5), current-conducting contacts (6, 7), located on the epitaxial surface side, inactive (8) and active (9) regions separated by an etching mesa on the epitaxial surface (10) and electrically connected to the pn junction (5) and contacts (6, 7), contact to the inactive region (7 ) located to the side of the active region (9). Figures 1-5 also show the transverse size of the contact to the inactive region along the epitaxial surface in the direction passing between the contact to the inactive region and the mentioned mesa (11), the maximum size of the mesa in the same direction (12), the minimum distance between the projections of the edges of the mesa height (17) and the diode to the substrate surface for two orthogonal directions along the substrate surface L (13), the diameter of the circle D (14) inscribed in the mesa projection and the mesa height (15). In the first three variants (Figs. 1, 2, 3), a mesa is formed by etching a groove separating the active and inactive regions, while the contact to the active region and part of the contact to the inactive region are at the same level (on the same semiconductor material) . The electrical connection with the conductivity region, which has the opposite sign with respect to the conductivity of a semiconductor located directly under the contact in the active region, is due to the deepened part of the contact with a complex surface shape (7) located outside the pn junction (flip chip technology , involving the installation of a diode on a specialized board made, for example, of semi-insulating silicon [16] - not shown in Fig.). The dashed arrows show the ray path when applying direct bias to the pn junction (LED mode).

Четвертый вариант воплощения заявляемого полупроводникового диода для средневолнового инфракрасного диапазона спектра электромагнитного излучения 1 (см. фиг.4, 5) отличается от первых двух тем, что меза получена удалением (стравливанием) p-n-перехода вне мезы так, что меза «возвышается» над чипом, а контакты расположены на разных уровнях. При этом контакт (7) расположен на плоской поверхности и не имеет соприкосновения с p-n-переходом. Контакт (7) может быть плоским или иметь заметный объем, образующийся, например, при пайке индием или другим припоем. Штриховыми стрелками показан ход лучей при использовании диода в фотодиодном режиме, а жирными линиями показаны токопроводящие проводники к активной (16) и неактивной (17) областям. Токопроводящие проводники могут быть припаяны или приварены термокомпрессионной или ультразвуковой сваркой к контактным площадкам 6 и 7. На фиг.4, 5 показана меза со сложной формой поверхности, наклон стенок мезы изменяется с расстоянием до ее вершины.The fourth embodiment of the inventive semiconductor diode for the mid-wave infrared range of the electromagnetic radiation spectrum 1 (see FIGS. 4, 5) differs from the first two in that the mesa is obtained by removing (etching) the pn junction outside the mesa so that the mesa "rises" above the chip , and the contacts are located at different levels. Moreover, contact (7) is located on a flat surface and has no contact with the pn junction. Contact (7) can be flat or have a noticeable volume, formed, for example, when soldering with indium or other solder. The dashed arrows show the ray paths when using the diode in the photodiode mode, and the bold lines show the conductive conductors to the active (16) and inactive (17) regions. Conducting conductors can be soldered or welded by thermocompression or ultrasonic welding to the contact pads 6 and 7. FIGS. 4, 5 show a mesa with a complex surface shape, the inclination of the mesa walls changes with distance to its apex.

Заявляемый полупроводниковый диод для средневолнового диапазона спектра электромагнитного излучения работает следующим образом. Внешний источник энергии, например, источник тока (напряжения), подключают непосредственно к токопроводящим контактам 6, 7 или через токоподводящие проводники 16, 17 и подают прямое электрическое смещение на p-n-переход, инициирующее инжекцию неравновесных носителей в активную область 9. Инжектированные носители рекомбинируют с выделением оптического излучения в средней ИК области спектра. Сформированные таким образом фотоны покидают области вблизи p-n-перехода и сам диод (см. штриховые стрелки на Фиг.1 и 2), создавая вовне поток неравновесного излучения средневолнового диапазона.The inventive semiconductor diode for the medium wavelength range of the spectrum of electromagnetic radiation operates as follows. An external energy source, for example, a current (voltage) source, is connected directly to the conductive contacts 6, 7 or through the conductive conductors 16, 17 and direct electric bias is applied to the pn junction, which initiates the injection of nonequilibrium carriers into the active region 9. The injected carriers recombine with optical emission in the mid-IR region of the spectrum. The photons thus formed leave areas near the p-n junction and the diode itself (see dashed arrows in Figs. 1 and 2), creating an outward flow of medium-wave nonequilibrium radiation.

Во втором варианте работы заявляемого полупроводникового диода для средневолнового диапазона спектра электромагнитного излучения (фиг.4) к токопроводящим контактам 6, 7 через токоподводящие проводники 16, 17 подается напряжение отрицательной полярности. При этом p-n-переход 5 смещается в обратном направлении, и неосновные носители заряда вытягиваются из областей, прилегающих к p-n-переходу на расстоянии порядка диффузионной длины носителей. Из-за истощения носителями указанных областей нарушается термодинамическое равновесие, т.е. возникают условия, при которых n·p<(n_i)2, где n_i - собственная (равновесная) концентрация носителей заряда) и истощенные области вблизи от p-n-перехода 5 начинают поглощать излучение из внешней среды (см. штриховые стрелки на фиг.4) в большей степени, чем испускать его. Таким образом создается поток отрицательной люминесценции, т.е. понижение излучательной способности источника - излучающей поверхности диода - ниже равновесного для данной температуры уровня [24]. Диод с истощенными областями (т.е. включенный в обратном направлении) представляет собой также устройство с улучшенными характеристиками применительно к регистрации внешнего излучения, т.е. он работает как эффективный приемник излучения [25]. При этом источник излучает вовне отрицательное, а принимает положительное излучение от внешнего объекта. Для выделения полезного сигнала (сигнала от внешнего источника) необходимо подключить помимо источника смещения еще и схему регистрации фототока/напряжения.In the second embodiment of the inventive semiconductor diode for the medium wavelength range of the spectrum of electromagnetic radiation (figure 4) to the conductive contacts 6, 7 through the current-conducting conductors 16, 17 a voltage of negative polarity is applied. In this case, the pn junction 5 is shifted in the opposite direction, and minority charge carriers are elongated from the regions adjacent to the pn junction at a distance of the order of the diffusion length of the carriers. Due to the depletion by carriers of these regions, the thermodynamic equilibrium is violated, i.e. conditions arise under which n · p <(n _i ) 2, where n _i is the intrinsic (equilibrium) concentration of charge carriers) and depleted regions near the pn junction 5 begin to absorb radiation from the external medium (see dashed arrows in Fig. 4) to a greater extent than emitting it. Thus, a negative luminescence flux is created, i.e. a decrease in the emissivity of the source — the emitting surface of the diode — is below the equilibrium level for a given temperature [24]. The diode with depleted regions (i.e., turned on in the opposite direction) is also a device with improved characteristics in relation to the registration of external radiation, i.e. It works as an efficient radiation receiver [25]. In this case, the source emits negative outward, and receives positive radiation from an external object. To select a useful signal (signal from an external source), in addition to the bias source, it is also necessary to connect a photocurrent / voltage registration circuit.

В третьем варианте работы заявляемого полупроводникового диода для средневолнового диапазона спектра электромагнитного излучения (фиг.4) непосредственно к токопроводящим контактам 6, 7 или через токоподводящие проводники 16, 17, соединенные с контактами, подключается измеритель тока или напряжения или регистратор отклонения значений тока и напряжения от их равновесных значений. При этом при попадании в область вблизи от p-n-перехода 5 фотонов с энергией, соразмерной с шириной запрещенной зоны активной области (см. штриховые стрелки на фиг.4), p-n-переход при разомкнутой цепи смещается в обратном направлении, т.е. появляется ЭДС, значение которой зависит от величины потока неравновесного излучения. В короткозамкнутой цепи при попадании в область вблизи от p-n-перехода 5 квантов появляется фототок, величина которого пропорциональна количеству поглощенных квантов, т.е. пропорциональна количеству квантов, испущенных регистрируемым объектом.In the third embodiment of the inventive semiconductor diode for the medium wavelength range of the spectrum of electromagnetic radiation (figure 4) directly to the conductive contacts 6, 7 or through the conductive conductors 16, 17 connected to the contacts, a current or voltage meter or a recorder for deviating current and voltage values from their equilibrium values. In this case, when 5 photons with an energy commensurate with the band gap of the active region (see dashed arrows in Fig. 4) fall into the region near the pn junction, the pn junction shifts in the opposite direction, i.e. EMF appears, the value of which depends on the magnitude of the flow of nonequilibrium radiation. In a short-circuited circuit, when 5 quanta fall into the region near the pn junction, a photocurrent appears, the magnitude of which is proportional to the number of absorbed quanta, i.e. proportional to the number of quanta emitted by the registered object.

Пример 1. Диод изготавливался в ООО «Иоффе ЛЕД» на основе двойных гетероструктур, которые выращивались методом ЖФЭ и состояли из нелегированной подложки n-InAs (111)A (n=1÷2·10¹⁶ см^-3)(2) и трех эпитаксиальных слоев: прилегающего к подложке широкозонного ограничивающего слоя n-InAs_1-x-ySb_xP_y (0.05≤х≤0.09, 0.09≤у≤0.18) (3), активного слоя In_1-vGa_vAs_1-wSb_w (v≤0.07, w≤0.07) с p-n-переходом (5) и ирокозонного эмиттера p-(Zn)-InAs_1-x-ySb_xP_y (0.05≤х≤0.09, 0.09≤у≤0.18) (4). Толщины широкозонных слоев составляли 3÷5 мкм, активного слоя: 1 мкм; подложка (2), исходно имевшая толщину 350 мкм, утонялась до толщины 100 мкм.Example 1. The diode was manufactured at Ioffe LED LLC on the basis of double heterostructures that were grown by the LPE method and consisted of an undoped n-InAs (111) A substrate (n = 1 ÷ 2 · 10 ¹⁶ cm ^-3 ) (2) and three epitaxial layers: the n-InAs _1-xy Sb _x P _y (0.05≤x≤0.09, 0.09≤y≤0.18) (3) active layer In _1-v Ga _v As _1-w Sb _w adjacent to the substrate (v≤0.07, w≤0.07) with a pn junction (5) and an irocosone emitter p- (Zn) -InAs _1-xy Sb _x P _y (0.05≤х≤0.09, 0.09≤у≤0.18) (4). Thicknesses of wide-gap layers were 3–5 μm, active layer: 1 μm; the substrate (2), originally having a thickness of 350 μm, was thinned to a thickness of 100 μm.

Описанная выше структура в результате фотолитографии, включающей травление разделительных полос со стороны p-(Zn)-InAs_1-x-ySb_xP_y, формирующих прямоугольную сетку глубиной 40 мкм, и последующей резки алмазной пилой по прямоугольной сетке трансформировалась в набор чипов с конструкцией типа «флип-чип», каждый из которых имел прямоугольную форму 590×370 мкм с круглой мезой диаметром 230 мкм (позиция 10 на фиг.1, где D=230 мкм) и высотой 25 мкм (позиция 15), площадкой для контакта 130×230 мкм, омическими контактами в виде диска из золота диаметром 150 мкм (к поверхности мезы, т.е. к p-(Zn)-InAs_1-x-ySb_xP_y)(6) и в виде прямоугольника 130×170 мкм (7), смещенного относительно площадки в сторону анода. Расстояние от края мезы до края чипа L составляло 70 мкм; меза, площадка для контакта (катода) и контакт (анод) располагались вдоль длинной стороны чипа, формируя симметричное расположение по отношению к оси, проходящей через центр чипа вдоль его длинной стороны (т.е. воображаемой горизонтальной линии на фиг.1).The above-described structure as a result of photolithography, which includes etching of dividing strips from the p- (Zn) -InAs _1-xy Sb _x P _y side, forming a rectangular grid 40 μm deep, and subsequent cutting with a diamond saw along a rectangular grid, was transformed into a set of chips with a type design A “flip chip”, each of which had a rectangular shape of 590 × 370 μm with a round mesa with a diameter of 230 μm (position 10 in figure 1, where D = 230 μm) and a height of 25 μm (position 15), a contact area 130 × 230 microns, ohmic contacts in the form of a disk of gold with a diameter of 150 microns (to the surface mesa, i.e., to p- (Zn) -InAs _1-xy Sb _x P _y ) (6) and in the form of a rectangle of 130 × 170 μm (7), shifted relative to the site towards the anode. The distance from the edge of the mesa to the edge of the chip L was 70 μm; the mesa, the contact (cathode) pad and the contact (anode) were located along the long side of the chip, forming a symmetrical arrangement with respect to the axis passing through the center of the chip along its long side (i.e., an imaginary horizontal line in figure 1).

После припайки чипа к специализированной плате из кремния с токопроводящими площадками из низкотемпературного припоя по методу флип-чип, разварки контактов от платы к электродам корпуса ТО-18 посредством последних на диод подавалось прямое смещение (U=0.1 В). В результате диод излучал на длине волны 3.6 мкм (300 К), при этом мощность излучения благодаря лучам, аналогичными обозначенными штриховой стрелкой на фиг.1, была на 10-15% выше, чем мощность аналогичного с известного диода, т.е. диода с тем же размером мезы и анода, но с большим расстоянием от мезы до краев чипа.After soldering the chip to a specialized silicon board with conductive pads made of low-temperature solder using the flip chip method, the contacts were welded from the board to the electrodes of the TO-18 housing by means of the latter, a direct bias was applied to the diode (U = 0.1 V). As a result, the diode emitted at a wavelength of 3.6 μm (300 K), while the radiation power due to the rays similar to those indicated by the dashed arrow in Fig. 1 was 10-15% higher than the power of a similar one from the known diode, i.e. a diode with the same size of the mesa and anode, but with a large distance from the mesa to the edges of the chip.

Пример 2. При создании в ООО «Иоффе ЛЕД» светодиодов, излучающих на длине волны 3.3 мкм получали эпитаксиальные структуры последовательным наращиванием «буферного» слоя n⁺-InGaAsSb(Te), прозрачного для излучения вблизи 3.3 мкм, имеющего толщину 30-40 мкм, ограничительного нелегированного широкозонного слоя n-InAsSbP толщиной 2-3 мкм, активного слоя из нелегированного арсенида индия n-типа проводимости толщиной 2-3 мкм, и контактного широкозонного слоя p-InAsSbP(Zn) толщиной 4-5 мкм. Перед проведением фотолитографии эпитаксиальная структура раскалывалась по плоскости (110) на две равные части. Для первой части структуры расположение, состав и размер контактов, а также размеры активной области и чипа были аналогичны описанным в первом примере; высота мезы составляла 30 мкм. Для сравнения изготавливался известный диод из второй части с подковообразным катодом; расстояние от краев мезы до краев чипа составляло 330 мкм. На фиг.6 приведена зависимость мощности излучения известного (штриховая линия и незаполненные точки) и предлагаемого (сплошная линия, заполненные точки) светодиодов на основе InAs с буферным слоем InGaAsSb, от амплитуды импульсного (линии) или постоянного (точки) тока при комнатной температуре. Из фиг.6 преимущество предлагаемого диода очевидно.Example 2. When creating light emitting diodes emitting at a wavelength of 3.3 μm at Ioffe LED LLC, epitaxial structures were obtained by successively building up a "buffer" layer of n ⁺ -InGaAsSb (Te), transparent to radiation near 3.3 μm, having a thickness of 30-40 μm, a limiting undoped wide-gap layer of n-InAsSbP with a thickness of 2-3 μm, an active layer of undoped indium arsenide of n-type conductivity with a thickness of 2-3 μm, and a contact wide-gap layer of p-InAsSbP (Zn) with a thickness of 4-5 μm. Before photolithography, the epitaxial structure was split into two equal parts along the (110) plane. For the first part of the structure, the location, composition and size of the contacts, as well as the dimensions of the active region and the chip were similar to those described in the first example; the mesa height was 30 μm. For comparison, a well-known diode was made from the second part with a horseshoe-shaped cathode; the distance from the edges of the mesa to the edges of the chip was 330 μm. Figure 6 shows the dependence of the radiation power of the known (dashed line and unfilled dots) and the proposed (solid line, filled dots) InAs-based LEDs with the InGaAsSb buffer layer on the amplitude of the pulsed (line) or direct (dots) current at room temperature. From Fig.6, the advantage of the proposed diode is obvious.

Пример 3. Диод изготавливался в ООО «Иоффе ЛЕД» с использованием стандартных процессов получения градиентных структур InAsSbP методом ЖФЭ. Образцы были аналогичны описанным ранее [26] и имели плавное изменение состава по толщине подложки из InAsSbP. После проведения фотолитографии, разделения, аналогичных описанным в первом примере, диод включал в себя p-область из InAsSb (4), n-область из InAsSb (3), подложку n-InAsSbP (2). p-область из InAsSb (4), n-область из InAsSb (3). Активня область были ограничены мезой травления диаметром 230 мкм (позиция 10 на фиг.1, где D=230 мкм) и высотой 36 мкм с токоподводящими непрозрачными контактами (6, 7), разделенными p-n-переходом (5), при этом контакт на поверхности области p-InAsSb, принимающей фотоны от изучаемого объекта (6, анод), сформированный напылением металлической композиции Cr-Au_1-wZn_w-Ni-Au (w=0.05) в вакууме, имел диаметр 170 мкм и располагался в центре мезы; непрозрачный металлический контакт к n-InAsSbP (7, катод) был сформирован напылением металлической композиции Cr-Au-Ni-Au в вакууме. После проведения операции напыления для обеспечения надежности при пайке контактов, а также при долговременной работе диода, оба контакта были «усилены» при электролитическом осаждении дополнительного слоя золота толщиной 1.5-3 мкм. Перед измерениями фоточувствительности диод припаивался на контактные площадки кремниевого носителя и монтировался в стандартный корпус ТО-18. Фоточувствительность измерялась при использовании модели черного тела, нагретого до 573 К; предполагалось, что в ФД доминирует Джонсоновский (тепловой) шум, при вычислениях учитывалась полная мощность потока, падающая на диод в пределах площади поверхности мезы; при измерениях спектров фотоответа использовался Глобар. Спектр фоточувствительности имел максимум при ~5.3 µm (300 К) (λ_cut-off.=5.8 µm), при этом фоточувствительность на длине волны ~5.3 µm была на 20-25% выше, чем чувствительность аналогичного известного диода, т.е. диода с тем же размером мезы и анода, но с большим расстоянием до краев чипа.Example 3. The diode was manufactured at Ioffe LED LLC using standard processes for producing InAsSbP gradient structures by the LPE method. The samples were similar to those described previously [26] and had a smooth change in composition over the thickness of the InAsSbP substrate. After photolithography, separation similar to those described in the first example, the diode included the p-region from InAsSb (4), the n-region from InAsSb (3), and the substrate n-InAsSbP (2). p-region from InAsSb (4), n-region from InAsSb (3). The active region was limited by an etching mesa with a diameter of 230 μm (position 10 in Fig. 1, where D = 230 μm) and a height of 36 μm with current-conducting opaque contacts (6, 7) separated by a pn junction (5), with the contact on the surface the p-InAsSb region receiving photons from the studied object (6, the anode), formed by sputtering the Cr-Au _1-w Zn _w -Ni-Au metal composition (w = 0.05) in vacuum, had a diameter of 170 μm and was located in the center of the mesa; an opaque metal contact to n-InAsSbP (7, cathode) was formed by sputtering a Cr-Au-Ni-Au metal composition in vacuum. After the deposition operation, in order to ensure reliability during the soldering of the contacts, as well as during the long-term operation of the diode, both contacts were “strengthened” during electrolytic deposition of an additional gold layer 1.5-3 μm thick. Before measuring the photosensitivity, the diode was soldered to the contact pads of the silicon carrier and mounted in a standard TO-18 package. Photosensitivity was measured using a blackbody model heated to 573 K; it was assumed that the Johnson (thermal) noise dominates in the PD; in the calculations, the total flux power incident on the diode within the mesa surface area was taken into account; When measuring the spectra of the photoresponse, Globar was used. The photosensitivity spectrum had a maximum at ~ 5.3 μm (300 K) (λ _cut-off. = 5.8 μm), while photosensitivity at a wavelength of ~ 5.3 μm was 20–25% higher than the sensitivity of a similar known diode, i.e. a diode with the same mesa and anode size, but with a large distance to the edges of the chip.

Пример 4. Полупроводниковый диод был создан в ООО «Иоффе ЛЕД», на основе p-n-перехода (5), сформированного в процессе роста гетероструктуры n-InAs/p-InAsSbP с толщинами слоев 2, 3 мкм, соответственно, на подложке n⁺-InAs (n⁺-2-4·10¹⁸ см^-3) обозначенной цифрой 2 на фиг.1, 2, прозрачной для излучения с длиной волны 3.3 мкм.Example 4. A semiconductor diode was created at Ioffe LED LLC, based on the pn junction (5) formed during the growth of the n-InAs / p-InAsSbP heterostructure with layer thicknesses of 2, 3 μm, respectively, on the n ⁺ - substrate InAs (n ⁺ -2-4 · 10 ¹⁸ cm ^-3 ) indicated by the number 2 in Fig.1, 2, transparent to radiation with a wavelength of 3.3 μm.

Описанная выше структура в результате операций, аналогичных описанным в первом примере, трансформировалась в набор чипов с разноуровневым расположением контактов, как схематично показано на верхней части фиг.4, для чего подготовка площадки для катода включала полное удаление химическим травлением слоя p-InAsSbP вне мезы высотой 22 мкм. Каждый из чипов имел прямоугольную форму 590×370 мкм с почти квадратной мезой, к которой вершины квадрата/края имели округления диаметром ~20 мкм, а диаметр вписанной окружности в проекцию мезы на плоскости p-n-перехода составлял 150 мкм. Омический контакт в форме квадрата со стороной 120 мкм располагался на мезе (т.е. на p-(Zn)-InAs_1-x-ySb_xP_y) симметрично относительно ее центра, второй контакт (к n-InAs) располагался сбоку от мезы и имел форму прямоугольника 130×170 мкм, как показано на фиг.4. Минимальное расстояние от мезы до края чипа L составляло 60 мкм.The structure described above, as a result of operations similar to those described in the first example, was transformed into a set of chips with a different level contact arrangement, as shown schematically in the upper part of Fig. 4, for which the preparation of the cathode site included the complete removal by chemical etching of the p-InAsSbP layer outside the Mesa height 22 microns. Each of the chips had a rectangular shape of 590 × 370 μm with an almost square mesa, to which the vertices of the square / edge had roundings with a diameter of ~ 20 μm, and the diameter of the inscribed circle in the projection of the mesa on the pn junction plane was 150 μm. A ohmic square-shaped contact with a side of 120 μm was located on the mesa (i.e., on p- (Zn) -InAs _1-xy Sb _x P _y ) symmetrically with respect to its center, the second contact (to n-InAs) was located on the side of the mesa and had a rectangle shape of 130 × 170 μm, as shown in FIG. 4. The minimum distance from the mesa to the edge of the chip L was 60 μm.

Омические контакты 6, 7 создавались напылением Cr-Au_1-wZn_w-Ni-Au (w=0.05)(6) и Cr-Au_1-wGe_w-Ni-Au (v=0.02)(7), причем слой из Сr примыкал к поверхности полупроводника, а слой Аu был наружным. Гальваническим способом на поверхность Аu наносился дополнительный слой золота толщиной 2-4 мкм,Ohmic contacts 6, 7 were created by sputtering Cr-Au _1-w Zn _w -Ni-Au (w = 0.05) (6) and Cr-Au _1-w Ge _w -Ni-Au (v = 0.02) (7), and the Cr layer adjoined the surface of the semiconductor, and the Au layer was external. An additional layer of gold 2-4 microns thick was deposited galvanically on the Au surface,

К контактным площадкам припаивались индием проводники (позиции 16, 17 на фиг.4), после чего диод мог создавать отрицательный тепловой контраст при подаче на него обратного смещения. При протекании тока 1=-2÷-50 мА изменение «эффективной температуры» согласно измерениям с помощью инфракрасного микроскопа, оборудованного тепловизором, составила Δt=-1.5 К, что соответствует режиму излучения отрицательной люминесценции.The conductors were soldered to the contact pads by indium (positions 16, 17 in Fig. 4), after which the diode could create negative thermal contrast when applying reverse bias to it. With a current flow of 1 = -2 ÷ -50 mA, the change in the "effective temperature" according to measurements using an infrared microscope equipped with a thermal imager was Δt = -1.5 K, which corresponds to the mode of radiation of negative luminescence.

В другом опыте на диод подавалось прямое смещение (U=0.1 В). В результате диод излучал на длине волны 3.4 мкм (300 К), при этом мощность излучения была на 10-15% выше, чем мощность аналогичного с известного диода, т.е. диода с тем же размером мезы и анода, но с большим расстоянием до краев чипа.In another experiment, a direct bias was applied to the diode (U = 0.1 V). As a result, the diode emitted at a wavelength of 3.4 μm (300 K), while the radiation power was 10-15% higher than the power of a similar diode, i.e. a diode with the same mesa and anode size, but with a large distance to the edges of the chip.

Для изучения гомогенности растекания тока поверхность подложки п⁺-InAs состыковывалась с плоской частью кремниевых линз (n=3.4), по форме близких к гиперполусфере Вейерштрасса высотой 3.26 мм и радиусом кривизны R=2.45 мм с помощью халькогенидного стекла, имеющего показатель преломления n=2.4. Линзы были адаптированы для светодиодов серии LED34SR и LED34SU и имели покрытие для подавления отражения излучения на длине волны 3.4 мкм; схемы стыковки с диодом приведены в [27].To study the homogeneity of current spreading, the surface of the n ⁺ -InAs substrate was joined with the flat part of silicon lenses (n = 3.4), which were 3.26 mm high in shape close to the Weierstrass hyper hemisphere and with a radius of curvature R = 2.45 mm using chalcogenide glass with a refractive index of n = 2.4 . The lenses were adapted for LEDs of the LED34SR and LED34SU series and had a coating to suppress reflection of radiation at a wavelength of 3.4 microns; Diode coupling schemes are given in [27].

Для измерений распределения интенсивности электролюминесценции в дальнем поле использовались измерения фотосигнала фотодиода PD34SR с размерами активной области 210×210 мкм со снятой линзой при его перемещении в плоскости, отстоящей от СД на расстоянии d=0-30 мм (под расстоянием «d=0» понималось расстояние до СД, минимально возможное в условиях эксперимента). Полученные таким образом распределение излучения - ИК изображения - имело формат матриц 40×40 или 80×80 с шагом 100 и 500 мкм соответственно; зависимость освещенности на плоскости от угла падения θ не учитывалась.To measure the distribution of the electroluminescence intensity in the far field, we used the PD34SR photodiode photo signal measurements with the dimensions of the active region 210 × 210 μm with the lens removed when it was moved in a plane separated from the LED by a distance of d = 0-30 mm (by the distance “d = 0” was understood the distance to the SD, the minimum possible in the conditions of the experiment). The radiation distribution thus obtained — IR images — had the format of 40 × 40 or 80 × 80 matrices in increments of 100 and 500 μm, respectively; the dependence of illumination in the plane on the angle of incidence θ was not taken into account.

На фиг.7 представлено распределение интенсивности излучения в плоскости, отстоящей от СД на расстоянии d=30 мм (правый рисунок) и в непосредственной близости от СД (d→0, левый рисунок) при токе через диод I=200 мА. Белый цвет соответствует высокой, а черный - низкой интенсивности излечения. Как видно из фиг.7, при удалении от СД форма пучка излучения трансформируется из усеченного конуса в усеченную пирамиду с квадратом в основании. Очевидно, что на расстоянии d=30 мм формируется увеличенное изображение излучающей (активной) области СД. На это указывает не только совпадение форм изображения и мезы, но и наличие более тонких деталей, например, более ярких, чем фон полос, окружающих основной «квадрат» изображения. Указанные полосы сформированы отражением излучения от стенок мезы, играющих роль внутренних концентраторов излучения. Отражение излучения от стенок мезы и его значение в увеличении эффективности свето- и фотодиодов было рассмотрено нами ранее. Важно отметить и равномерность интенсивности излучения на «удаленном изображении» (d=30 мм), показывающем отсутствие негомогенности протекания тока по кристаллу.Fig. 7 shows the distribution of the radiation intensity in a plane spaced from the LED at a distance of d = 30 mm (right figure) and in the immediate vicinity of the LED (d → 0, left figure) at a current through the diode I = 200 mA. White color corresponds to high, and black to low cure rate. As can be seen from Fig. 7, when moving away from the LED, the shape of the radiation beam transforms from the truncated cone into a truncated pyramid with a square in the base. Obviously, an enlarged image of the emitting (active) region of the SD is formed at a distance d = 30 mm. This is indicated not only by the coincidence of the image forms and mesa, but also by the presence of finer details, for example, brighter than the background of the bands surrounding the main "square" of the image. These bands are formed by the reflection of radiation from the mesa walls, which play the role of internal radiation concentrators. The reflection of radiation from the mesa walls and its significance in increasing the efficiency of light and photodiodes were considered by us earlier. It is important to note the uniformity of the radiation intensity in the “remote image” (d = 30 mm), which indicates the absence of inhomogeneity of the current flow through the crystal.

Для проверки работоспособности диода с контактам на поверхности подложки, противоположной эпитаксиальной, производилась пайка контакта по схеме, показанной на фиг.5. Характеристики полученного таким образом светодиода были близки к характеристикам, описанным выше в этом примере.To test the operability of the diode with the contacts on the substrate surface opposite the epitaxial, the contact was soldered according to the circuit shown in Fig. 5. The characteristics of the LED thus obtained were close to those described above in this example.

Пример 5. Диод изготавливался так же, как в примере 4, отличие состояло в том, что подготовка площадки для катода включала полное удаление химическим травлением слоев n-InAs/p-InAsSbP с части n⁺-InAs вне мезы высотой 40 мкм. Полная глубина травления составляла 40 мкм, при этом катод контактировал с n⁺-InAs (подложкой).Example 5. The diode was manufactured in the same way as in example 4, the difference was that the preparation of the site for the cathode included complete removal by chemical etching of the layers of n-InAs / p-InAsSbP from the part of n ⁺ -InAs outside the mesa 40 μm high. The total etching depth was 40 μm, while the cathode was in contact with n ⁺ -InAs (substrate).

Последовательное сопротивление такого диода при больших токах было на 15% меньше, чем в примере 4, за счет этого коэффициент преобразования при больших токах увеличивался на 10%.The series resistance of such a diode at high currents was 15% less than in example 4, due to this, the conversion coefficient at high currents increased by 10%.

Пример 6. Диод изготавливался так же, как в примере 5, отличие состояло в том, что анод был выполнен с округлениями в углах с радиусом кривизны 30 мкм. При измерениях в обратном направлении токи утечек были на 30% меньше, чем в примере 5 при напряжениях U~-1 В.Example 6. The diode was made in the same way as in example 5, the difference was that the anode was made with rounding in the corners with a radius of curvature of 30 μm. When measuring in the opposite direction, leakage currents were 30% less than in Example 5 at voltages U ~ -1 V.

Пример 7. Диод изготавливался так же, как в примере 6, отличие состояло в том, что поверхность n⁺-InAs обрабатываюсь в селективном химическом травителе до получения остроконечных пирамид травления, изображение которых получено в электронном микроскопе и показано на фиг.8 (горизонтальный отрезок белого цвета в нижней части фотографии соответствует длине 30 мкм). Мощность СД при этом была выше на 30%, чем в примере 6.Example 7. The diode was fabricated in the same way as in Example 6, the difference was that the n ⁺ -InAs surface was processed in a selective chemical etchant to obtain pointed etching pyramids, the image of which was obtained using an electron microscope and shown in Fig. 8 (horizontal section white at the bottom of the photo corresponds to a length of 30 microns). The power of LED was 30% higher than in Example 6.

Пример 8. Для изготовления силами ООО «Иоффе ЛЕД» светодиодов на длину волны 4.1-4.3 мкм на сильно легированных подложках n⁺-InAs (Sn) (111) (n=10¹⁸ cm^-3) методом ЖФЭ осуществлялось выращивание гетероструктур, в которых активным слоем служил слой из n-InAsSb (Еg=300 мэВ) толщиной 5-10 мкм, а контактным (или ограничивающим) был слой p-InAsSbP (Eg=375 мэВ) толщиной ~5 мкм. Все детали процесса изготовления чипа были аналогичны использованным в примере 4, контакты к мезе имели округления. Геометрические характеристики контактов, мезы и чипа приведены на фотографии эпитаксиальной поверхности чипа на фиг.9, где L=170 мкм. Мощность такого диода была на 40% выше, чем в известном диоде.Example 8. For the manufacture of LEDs by Ioffe LED LLC at a wavelength of 4.1-4.3 μm on heavily doped n ⁺ -InAs (Sn) (111) substrates (n = 10 ¹⁸ cm ^-3 ), heterostructures in which the active layer was a layer of n-InAsSb (Еg = 300 meV) 5–10 μm thick, and the contact (or limiting) layer was p-InAsSbP (Eg = 375 meV) ~ 5 μm thick. All details of the chip manufacturing process were similar to those used in Example 4; the contacts to the mesa had rounding. The geometric characteristics of the contacts, mesa, and chip are shown in the photograph of the epitaxial surface of the chip in Fig. 9, where L = 170 μm. The power of such a diode was 40% higher than in the known diode.

Пример 9. Гетероструктуры GaSb/InGaAsSb получали методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) при температуре 470°С на подложках n-GaSb ориентации (100), легированных Те (n=5·10¹⁷ см^-3), толщиной 500 мкм. Структуры двух типов состояли из трех эпитаксиальных слоев: специально не легированного слоя п-InGaAsSb толщиной 2-3 мкм, p-InGaAsSb толщиной 0.5-1 мкм и сильно легированного Ge «контактного» слоя p⁺GaSb (р=0.5-1·10¹⁸ см^-3) толщиной 3-5 мкм. В структуре первого типа активный слой состоял из твердого раствора In _0.09 Ga _0.91 As _0.08 Sb _0.92 с расчетной шириной запрещенной зоны E_g=610 мэВ. Состав активного слоя структуры второго типа - In _0.15 Ga _0.85 As _0.13 Sb _0.87 (расчетная ширина запрещенной зоны E_g=540 мэВ).Example 9. GaSb / InGaAsSb heterostructures were obtained by liquid phase epitaxy (LPE) at a temperature of 470 ° C on n-GaSb substrates of (100) orientation doped with Te (n = 5 · 10 ¹⁷ cm ^-3 ), 500 μm thick. The structures of two types consisted of three epitaxial layers: a specially non-doped p-InGaAsSb layer with a thickness of 2-3 μm, p-InGaAsSb with a thickness of 0.5-1 μm and a heavily doped Ge “contact” p ⁺ GaSb layer (p = 0.5-1 · 10 ¹⁸ cm ^-3 ) 3-5 microns thick. In the structure of the first type, the active layer consisted of an In _0.09 Ga _0.91 As _0.08 Sb _0.92 solid solution with a calculated band gap E _g = 610 meV. The composition of the active layer of the structure of the second type is In _0.15 Ga _0.85 As _0.13 Sb _0.87 (calculated band gap E _g = 540 meV).

Методами мокрой фотолитографии были получены фотодиоды с геометрическим характеристиками, описанными в примере 4. Отличие состояло в том, что контакты были изготовлены из сплавов Аu+Те и Аu+Те. ФД чувствительные вблизи λ=1.94 мкм имели значение удельной обнаружительной способности D^*=1.4·10¹¹ см Гц^1/2/Вт. ФД с максимумом чувствительности λ=2.15 мкм обладали значением удельной обнаружительной способности около D^*=3.8·10¹⁰ см Гц^1/2/Вт, при комнатной температуре. Работоспособность фотодиодов сохранялась вплоть до 160°С.Using wet photolithography methods, photodiodes with the geometric characteristics described in Example 4 were obtained. The difference was that the contacts were made of Au + Te and Au + Te alloys. Sensitive PDs near λ = 1.94 μm had a specific detection ability D ^* = 1.4 · 10 ¹¹ cm Hz ^1/2 / W. PD with a sensitivity maximum of λ = 2.15 μm had a specific detectability of about D ^* = 3.8 · 10 ¹⁰ cm Hz ^1/2 / W, at room temperature. The efficiency of photodiodes was maintained up to 160 ° C.

Для сравнения изготавливались фотодиоды известной конструкции. Для получения мезы диаметром 430 мкм с анодом диаметром 390 мкм, применялся метод «мокрой» фотолитографии, при этом контакт к неактивной области выполнен в виде «полумесяца» или «подковы», с трех сторон охватывающих активную область; проекция активной области на плоскость p-n-перехода представляет собой круг или диск, минимальное расстояние между проекциями края круглой мезы и края прямоугольного диода на поверхность, противоположную эпитаксиальной L вдоль поверхности, противоположной эпитаксиальной, составляло 250 мкм, при этом диаметр мезы составлял 280 мкм. ФД чувствительные вблизи λ=1.94 мкм имели значение удельной обнаружительной способности D^*=1.2·10¹¹ см Гц^1/2/Вт. ФД с максимумом чувствительности λ=2.15 мкм обладали значением удельной обнаружительной способности около D^*=3.5·10¹⁰ cм Гц^1/2/Вт, при комнатной температуре.For comparison, photodiodes of known design were manufactured. To obtain a mesa with a diameter of 430 microns with an anode with a diameter of 390 microns, the method of "wet" photolithography was used, while the contact to the inactive region was made in the form of a "crescent" or "horseshoe" covering the active region on three sides; the projection of the active region onto the pn junction plane is a circle or a disk; the minimum distance between the projections of the edge of the circular mesa and the edge of the rectangular diode onto the surface opposite to the epitaxial L along the surface opposite to the epitaxial was 250 μm, while the diameter of the mesa was 280 μm. Sensitive PDs near λ = 1.94 μm had a specific detectability D ^* = 1.2 · 10 ¹¹ cm Hz ^1/2 / W. PD with a sensitivity maximum of λ = 2.15 μm had a specific detectability of about D ^* = 3.5 · 10 ¹⁰ cm Hz ^1/2 / W, at room temperature.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. А.А.Кузнецов, О.Б.Балашов, Е.В.Васильев и др., Приборы и системы. Управление контроль, диагностика. 2003. №6, стр.55-59.1. A.A. Kuznetsov, O.B. Balashov, E.V. Vasiliev and others, Devices and systems. Management control, diagnostics. 2003. No. 6, pp. 55-59.

2. А.В.Сукач, В.В.Тетеркин, Н.В.Зотова и др., Оптоэлектроника и полупроводниковая техника, 2002, вып.37, стр.215-219.2. A.V. Sukach, V.V. Teterkin, N.V. Zotova et al., Optoelectronics and Semiconductor Technology, 2002, issue 37, pp. 215-219.

3. A.Monakhov, A.Krier and V.V.Sherstnev, Semicond. Phys. Technol. 19 (2004) 480-484.3. A. Monakhov, A. Krier and V. V. Sherstnev, Semicond. Phys. Technol. 19 (2004) 480-484.

4. Krier, A., Phil. Trans. R, Soc. Lond. A. 359, 599-619 (2001).4. Krier, A., Phil. Trans. R, Soc. Lond. A. 359, 599-619 (2001).

5. Krier, A. and Sherstnev, V.V., J. Phys. D: Appl. Phys., 33, 101-106 (2000).5. Krier, A. and Sherstnev, V.V., J. Phys. D: Appl. Phys., 33, 101-106 (2000).

6. S.S.Kizhaev, N.V.Zotova, S.S.Molchanov and Yu.P.Yakovlev, IEE Proc. Optoelectron., vol 140 (2002), n.1, pp.36-39.6. S.S. Kizhaev, N.V. Zotova, S.S. Molchanov and Yu.P. Yakovlev, IEE Proc. Optoelectron., Vol 140 (2002), n.1, pp. 36-39.

7. V.K.Malyutenko, O.Yu.Malyutenko and A.V.Zinovchuk, Appl.Phys.Lett 89, 201114 (2006).7. V.K. Malyutenko, O. Yu. Malyutenko and A.V. Zinovchuk, Appl.Phys. Lett 89, 201114 (2006).

8. Yu.P. Yakovlev, A.N.Baranov, A.N.Imenkov et al, Proc. SPIE, v.1510, 1991, p.128.8. Yu.P. Yakovlev, A.N. Baranov, A.N. Imenkov et al, Proc. SPIE, v. 1510, 1991, p. 128.

9. Н.Д.Стоянов, Б.Е.Журтанов, А.П.Астахова и др., ФТП, 2003, том 37, выпуск 8, стр.996-1008.9. N.D. Stoyanov, B.E. Zhurtanov, A.P. Astakhova et al., FTP, 2003, Volume 37, Issue 8, pp. 996-1008.

10. А.А.Попов, М.В.Степанов, В.В.Шерстнев, Ю.П.Яковлев, Письма в ЖТФ, т.23, №21, 24-31.10. A.A. Popov, M.V. Stepanov, V.V. Sherstnev, Yu.P. Yakovlev, Letters to the ZhTF, vol. 23, No. 21, 24-31.

11. A.A.Popov, V.V.Sherstnev, Y.P.Yakovlev et al, Electronics Letters, v.33, N1, 2 January 1997.11. A.A. Popov, V. V. Sherstnev, Y. P. Yakovlev et al, Electronics Letters, v. 33, N1, 2 January 1997.

12. A.Krier, X.L.Huang, J.Phys.D, Appl.Phys, 39 (2006) 255-261.12. A.Krier, X.L. Huang, J.Phys. D., Appl.Phys. 39 (2006) 255-261.

13. A.Monakhov, A.Krier and V.V.Sherstnev, Semicond. Phys. Technol. 19 (2004) 480-484.13. A. Monakhov, A. Krier and V. V. Sherstnev, Semicond. Phys. Technol. 19 (2004) 480-484.

14. Г.А.Сукач, П.Ф.Олексенко, А.Б.Богословская и др., ЖТФ, 67(9), 1997, стр.68-71.14. G.A. Sukach, P.F. Oleksenko, A.B. Bogoslovskaya et al., ZhTF, 67 (9), 1997, pp. 68-71.

15. А.Н.Именков, Е.А.Гребенщикова, Б.Е.Журтанов и др., ФТП, 2004, том 38, выпуск 11, 1399.15. A.N. Imenkov, E.A. Grebenshchikova, B.E. Zhurtanov and others, FTP, 2004, Volume 38, Issue 11, 1399.

16. А.С.Головин, А.П.Астахова, С.С.Кижаев и др., ПЖТФ, 2010, том 36, выпуск 1 стр.105-110.16. A.S. Golovin, A.P. Astakhova, S.S. Kizhaev et al., ПЖТФ, 2010, Volume 36, Issue 1, pp. 105-110.

17. Н.В.Зотова, Н.Д.Ильинская, С.А.Карандашев и др., ФТП, 42, №6, 641-657, (2008).17. N.V. Zotova, N.D. Ilyinskaya, S. A. Karandashev et al., FTP, 42, No. 6, 641-657, (2008).

18. Зотова Н.В., Ильинская Н.Д., Карандашев С.А. и др., ФТП, 2006, том 40, выпуск 8, 1004-1008.18. Zotova N.V., Ilyinskaya N.D., Karandashev S.A. et al., FTP, 2006, Volume 40, Issue 8, 1004-1008.

19. Зотова Н.В, Ильинская Н.Д., Карандашев С.А. и др., ФТП, 40 (3), 356 (2006).19. Zotova N.V., Ilyinskaya N.D., Karandashev S.A. et al., FTP, 40 (3), 356 (2006).

20. Т.Н.Данилова, Б.Е.Журтанов, А.Л.Закгейм и др., ФТП, 1999, том 33, выпуск 2 стр.239.20. T.N. Danilova, B.E. Zhurtanov, A.L. Zakheim and others, FTP, 1999, Volume 33, Issue 2, p. 239.

21. Н.Benistry, H.De Neve, and С.Weibuch, IEEE J. Quant. Electron., 34, 1612 (1998).21. H. Benistry, H. De Neve, and C. Weibuch, IEEE J. Quant. Electron., 34, 1612 (1998).

22. A.Rogalski, Infrared Physics & Technology 54 (2011) 136-154.22. A. Rogalski, Infrared Physics & Technology 54 (2011) 136-154.

23. M.Razeghi, Eur. Phys. J. АР 23, 149-205 DOI: 10.1051/epjap:2003056).23. M. Razeghi, Eur. Phys. J. AP 23, 149-205 DOI: 10.1051 / epjap: 2003056).

24. М.Айдаралиев, Н.В.Зотова, С.А.Карандашев и др., ФТП, 2001, том.35, вып.3, стр.335-338.24.M. Aidraliev, N.V. Zotova, S.A. Karandashev et al., FTP, 2001, vol. 35, issue 3, pp. 335-338.

25. A.M.White, Journal of Crystal Growth 86 (1988), pp.840-848.25. A. M. White, Journal of Crystal Growth 86 (1988), pp. 840-848.

26. В.A.Matveev, N.V.Zotova, S.A.Karandashev et al, IEE Proceedings - Optoelectronics v. 149 (2002), Issue 1, pp.33-35.26. B.A. Matveev, N.V. Zotova, S.A. Karandashev et al, IEE Proceedings - Optoelectronics v. 149 (2002), Issue 1, pp. 33-35.

27. Матвеев Б.А., «Полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра», патент РФ №2286618 по заявке №2002119616 от 16.07.2002.27. Matveev B.A., “Semiconductor diode for the infrared range of the spectrum”, RF patent No. 2286618 according to application No. 2002119616 of July 16, 2002.

Claims

1. A semiconductor diode for the mid-wave infrared range of the spectrum, including a heterostructure containing a substrate and p- and n-type epitaxial layers separated by a pn junction, inactive and active regions electrically connected to the pn junction and separated by an etching mesa on the epitaxial surface , contacts, while the contact to the active region is located on the said surface, and the contact to the inactive region is located on the side of the active region and has a transverse dimension along the surface in the direction between the contact to the inactive region and the aforementioned mesa, commensurate with the maximum size of the mesa in the same direction, and the minimum distance between the projections of the edges of the mesa and the diode onto the substrate surface L, for at least two orthogonal directions along the substrate surface, is chosen from the interval:

0.8 * D≥L≥D / 20,
where D is the diameter of the circle inscribed in the mesa projection.

2. The semiconductor diode according to claim 1, in which the mesa has an extension in the direction from the epitaxial surface to the substrate, and its height is 20-80 microns.

3. The semiconductor diode according to claim 1, in which the projection of the active region onto the pn junction plane is a figure in which at least two pairs of elements are located symmetrically with respect to the center of contact and are part of a rectangle or square.

4. The semiconductor diode according to claim 3, in which the projection of the contact to the active region on the plane of the pn junction is a figure in which at least two pairs of elements are located symmetrically relative to the center of the contact and are part of a rectangle or square.

5. The semiconductor diode according to claim 4, in which the projection of the contact to the active region on the plane of the p-n junction has rounding at the vertices of a rectangle or square.

6. The semiconductor diode according to any one of claims 1 to 5, in which the active region contains InAs, or InAsSb, or InAsSbP, or InGaAsSb, or InAsGaSbP.

7. The semiconductor diode according to any one of claims 1 to 5, which contains InAs / InAsSb, or InAs / InAsSbP, or InAs / InGaAsSb, or InAs / InAsGaSbP, or InAs / InGaAsSb, InAs / InGaAsSbAI heterojunctions.

8. The semiconductor diode according to any one of claims 1 to 5, which contains GaSb / InAsSb, or GaSb / InAsSbP, or GaSb / InGaAsSb, or GaSb / InAsGaSbP, or GaSb / InGaAsSb, GaSb / InGaAsSbAI heterojunctions.

9. The semiconductor diode according to any one of claims 1 to 5, in which the substrate is made of indium arsenide or InGaAsSb with an electronic type of conductivity and electron concentration n, selected from the interval 5 · 10 ¹⁷ cm ^-3 >n> 5 · 10 ¹⁸ cm ^{- 3} .

10. The semiconductor diode according to claim 9, in which one of the contacts is adjacent to the substrate.

11. The semiconductor diode according to claim 6, in which the contact (s) to the p-region is made (s) from a sequence of metal layers Cr-Au _1-w Zr _w Ni-Au, wherein the layer of Cr is adjacent to the surface of the p-region, aw = 0.01-0.2.

12. The semiconductor diode according to claim 9, in which the contact (s) to the n-region is made (s) from a sequence of Cr-Au _1-v Ge _v -Ni-Au metal layers, in which the Cr layer is adjacent to the n- surface areas, av = 0-0.2.

13. The semiconductor diode according to claim 1, in which the substrate is made of InAsSbP with electronic type of conductivity.

14. The semiconductor diode according to claim 1 or 13, in which the substrate has a composition gradient in the direction perpendicular to the p-n junction.

15. The semiconductor diode according to any one of claims 1 to 5, in which the surface of the substrate free of epitaxial layers has a periodic structure in the form of a photonic crystal, at least in the region above the active part of the pn junction.

16. The semiconductor diode according to any one of claims 1 to 5, in which the surface of the substrate free of epitaxial layers has a chaotic structure in the form of pointed pyramids or pits, at least in the region above the active part of the p-n junction.

17. The semiconductor diode according to any one of claims 1 to 5, in which the surface of the substrate free of epitaxial layers has a convex surface, at least in the region above the active region.